www.innovatiezuid.nl
3D-PrintenHightech systemen & materialen
Dit is een uitgave van het projectteam van Innovatie Zuid.
Dit project wordt mede mogelijk gemaakt met financiële steun uit het
Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling in het kader van OP-Zuid.
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Innovatie Zuid
September 2013
Thema
Hightech systemen en materialen: 3D-Printen
Samengesteld door
Berenschot
Erik Teunissen, Onno Ponfoort, Linda van den Hurk en Wouter de Wolf
Inspiratie en inhoudelijke bijdragen
Jeroen Langendam, ML Business Development
Michel Weeda en Pieter Meuwissen, Brabantse Ontwikkelings Maatschappij
John Blankendaal, Brainport Industries
Pieter Hovens, Syntens
Mark Vaes en Frits Feenstra, TNO
Eindredactie
Hans van Eerden, Van Eerden Tekst
In opdracht van
Brabantse Ontwikkelings Maatschappij
NV Industriebank LIOF
NV Economische Impuls Zeeland
Syntens
Contactpersonen
Brabantse Ontwikkelings Maatschappij, Michel Weeda, [email protected]
Syntens, Pieter Hovens, [email protected]
Concept en grafisch ontwerp
Something New
Djordi Luymes en Marc Buijs
www.something-new.nl
Oplage
200 exemplaren
Rechten
De uitgever kan op generlei wijze aansprakelijk worden gesteld voor enige
eventueel geleden schade door foutieve vermelding in deze roadmap.
© Copyright 2013, BOM. Niets aan deze uitgave mag worden overgenomen in
welke vorm dan ook zonder nadrukkelijke toestemming van de uitgever.
Dit project wordt mede mogelijk gemaakt met
financiële steun uit het Europees Fonds voor
Regionale Ontwikkeling in het kader van OP-Zuid.
Colofon
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Voorwoord 6
Samenvatting 8
1 Inleiding 10
1.1 Waaromeenroadmap? 11
1.2 Doelstellingenresultaat 11
1.3 Werkwijze 12
1.4 Leeswijzer 13
2 3D-printen 14
2.1 Laagvoorlaag 15
2.2 Nieuwekansenvoordeindustrie 15
2.3 Scopeendefinities 17
2.4 Voordelen 18
2.5 Nadelen 20
3 Marktontwikkelingen 22
3.1 Marktontwikkelingenkomendevijfjaar 23
3.2 Marktenenapplicaties 24
3.3 Markteneneisen 31
3.4 Potentiëleprojecten 31
4 Technologieontwikkelingen 34
4.1 Technologischesamenhang 35
4.2 Processen:overzicht 35
4.3 Processen:barrièresenoplossingsrichtingen 38
4.4 Materialen 40
4.5 Materialen:barrièresenoplossingsrichtingen 41
4.6 Design:toepassingsgebied 42
4.7 Design:barrièresenoplossingsrichtingen 43
4.8 Barrièresslechtenomadoptie3D-printenteversnellen 44
4.9 Potentiëleprojecten 46
5 Ecosysteem 48
5.1 Ecosystemenindewereld 49
5.2 (Zuid-)Nederland 50
6 Printen op substraten 52
6.1 Inleiding 53
6.2 Marktontwikkelingen,applicatieseneisen 53
6.3 Technologieontwikkelingsrichtingen 54
6.4 Applicaties 55
Inhoudsopgave
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
7 Roadmap voor (Zuid-)Nederland 56
7.1 Overzicht 57
7.2 Educatie 57
7.3 Technologischeontwikkeling 58
7.4 Verdienmodellen 59
7.5 Vraagontwikkeling 59
7.6 Samenwerkingindeketen 59
7.7 Keuzesvoorsectoren 60
Bijlage 1: Betrokkenen 62
Bijlage 2: Begrippen en afkortingen 64
Bijlage 3: Literatuur en bronnen 66
Bijlage 4: Materialen per proces 68
Bijlage 5: Uitwerking van projecten 72
Bijlage 6: Bestaande platformen 76
Inhoudsopgave (vervolg)
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
6 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
Voorwoord
7Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
To Print or not to Print?
De opkomst van het 3D-printen zet zich in 2013 sterk door. Wereldwijd is er veel aandacht voor en
berichten over nieuwe toepassingen halen dagelijks de media. Er ontstaan verrassende nieuwe
applicaties in zowel het B2C- als het B2B-domein. Spelers en applicatiegebieden variëren van
onderwijs- en kennisinstellingen, de medische wereld en de kunst & cultuursector tot kleine en
grote bedrijven in de high-tech industrie en de automotive sector.
Het lijkt wel of iedereen met het 3D-printvirus besmet raakt. De digitalisering van maatschappij en
technologie maakt een uitgebreid en complex speelveld van ‘industrieel printen’ mogelijk. Voor de
meeste nieuwe toepassingen zijn zowel fundamenteel onderzoek als productontwikkeling
onontbeerlijk, zeker als het gaat om printen van functionele materialen zoals metalen, keramiek of
biologische materialen. Nieuwe applicaties vergen veel experimenten, creativiteit, materiaal-,
proces- en equipmentkennis en doorzettingsvermogen om tot business te komen.
De laatste update van de nationale Roadmap Printing is vanuit de topsector High Tech Systemen en
Materialen uitgewerkt eind 2012, met hulp van zestig bedrijven en kennisinstellingen. Dat
document gaat in op de onderzoeksuitdagingen die er liggen om onze kennispositie met betrekking
tot industrieel printen op wereldniveau te houden. Op een aantal terreinen liggen we voor, maar op
andere terreinen dienen we een inhaalslag te maken of slim (internationaal) te gaan samenwerken.
Deze roadmap zoomt specifieker in op 3D-printen, c.q. Additive Manufacturing Technology, geeft
een prima overzicht van de kansen die er in (Zuid-)Nederland liggen en biedt enkele handvatten om
gezamenlijk op te pakken. Zoals altijd kan niemand het alleen en dient ook hier de hele keten –
bedrijven groot en klein, de kenniswereld en de overheid (als het gaat om faciliteren, aanjagen en
co-investeren) – samen te werken. Het antwoord op de vraag hierboven (met een knipoog naar
Shakespeare) is duidelijk: we gaan stevig door met printen, oftewel het antwoord luidt “To Print!!”
Omdat ooit alles geprint kan worden...
Marcel Slot
Trekker Roadmap Printing, Topsector High Tech Systemen en Materialen
Director Technology Planning & Partnerships, Océ-Technologies
8 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
Samenvatting
9Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Achtergrond
3D-printen begint ons dagelijks leven steeds sterker te beïnvloeden en biedt grote economische en
maatschappelijke kansen. Het kunnen printen van 3D-voorwerpen geeft iedere consument de
mogelijkheid om gepersonaliseerde ontwerpen met één druk op de knop daadwerkelijk te
realiseren. De professionele markt, met name vanuit de maakindustrie, zal steeds vaker bij de
vervaardiging van complexe producten het 3D-printen omarmen. Tot op heden vielen vooral de
prototypes in de smaak, maar het zal steeds aantrekkelijker worden om functionele onderdelen en
ook grotere aantallen producten te printen. 3D-printen resulteert in totaal andere
businessmodellen, waarbij de logistieke keten volledig op z’n kop gaat. Stromen gereed product
naar winkels worden deels vervangen door materialen die op locatie in de winkel of thuis worden
geprint, en ontwerpen worden gekocht in de 3D-store op internet.
Marktanalyse
Momenteel is de marktomvang voor 3D-printen rond de twee miljard euro. De prognose is dat de
wereldmarkt in 2025 zeker 200 miljard euro zal bestrijken (McKinsey). Als de verwachtingen van de
consumentenmarkt echt doorzetten (inclusief 3D-printers voor thuisgebruik), zal de markt in 2025
nog eens factoren groter zijn. Deze hoge groeiverwachting geeft de enorme potentie van
3D-printen aan, wel met onzekerheden over de wijze waarop deze technologie in de markt wordt
opgepakt. Een vergelijking met de halfgeleidermarkt, die grofweg rond de 250 miljard euro op
jaarbasis omvat, leert dat we nog een mooie weg te gaan hebben.
Technologieanalyse
Voor het printen van 3D-ontwerpen zijn geschikte printbare materialen, printprocessen en
ontwikkeltools noodzakelijk die integraal op elkaar zijn afgestemd. Opleiden van professionele
ontwerpers in dit ‘nieuwe’ vakgebied is een belangrijk aandachtspunt. Nieuwe printprocessen, die
met name sneller en nauwkeuriger zijn, en toepasbare (gekleurde) materialen zoals printbare
metalen, keramieken en nieuwe kunststoffen, vragen om nieuwe ontwikkeltools. Die tools moeten
tevens geschikt zijn om simulaties mee uit te voeren.
Ecosystemen
De Nederlandse HTSM-sector moet in staat zijn om deze technologieontwikkelingen op te pakken.
We moeten ons echter realiseren dat we vanuit een internationale achterstandspositie opereren.
Aanpalende ecosystemen, zoals die van België (kenniscentra, softwaretools) en Duitsland
(machinebouw), zijn verder op weg dan wij. We moeten dan ook vaart zetten achter het
organiseren van de nationale keten en de samenwerking met de internationale toppers
intensiveren. Daarnaast moeten we starten met het opleiden van ontwerpers en het uitbouwen en
benutten van de kenniscentra (TNO, de drie TU’s, Fontys, Avans, DPI, Holst Centre, Design
Academy) richting nieuwe applicaties. Voorts bieden onze competenties op het gebied van
materiaalontwikkeling, high-tech systemen en productontwikkeling (creatieve industrie) een
vruchtbare voedingsbodem voor nieuwe successen.
Kortom, we moeten aan de slag!
Inleiding1
10 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
11Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
1.1 Waarom een roadmap?
Industrial Printing, en met name Additive Manufacturing Technology (AMT), of in de volksmond
3D-printen, krijgt wereldwijd steeds meer aandacht. Het National Additive Manufacturing Innovative
Institute werd door de Amerikaanse president Barack Obama in zijn State of the Union genoemd als
de manier om terug te komen in de ‘manufacturing game’. The Economist spreekt van de ‘The third
industrial revolution’.
Industrial Printing is een markt die sterk groeit en steeds meer toepassingen krijgt. Het ecosysteem in
(Zuid-)Nederland (inclusief aanpalende regio’s in België en Duitsland) heeft veel competenties en
daarmee een grote potentie om een deel van de opkomende Industrial Printing-markt naar zich toe
te trekken. De sterktes in Nederland, in het bijzonder de Industrial Printing- en mechatronica-clusters
binnen de topsector High Tech Systemen en Materialen (HTSM), bieden een prima basis voor verdere
ontwikkeling. Naast de topsector HTSM bieden ook sectoren als de medische industrie, aerospace,
automotive en de consumentenmarkt de nodige potentie om hieraan bij te dragen.
1.2 Doelstelling en resultaat
Doelstelling
De doelstelling van dit roadmapproject is om te komen tot de definitie van de route naar een succesvol
ecosysteem in (Zuid-)Nederland waarbij de volledige supply chain betrokken is. Het project moet
resulteren in enkele tastbare samenwerkingsverbanden. Bedrijven en kennisinstellingen kunnen hierin
hun competenties ontwikkelen, hun kennis en kunde delen en nieuwe ‘industriële printtechnologieën’
benutten voor nieuwe (onderdelen van) producten. Daartoe is gedurende dit project:
een inhoudelijke roadmap opgesteld;
een lijst gedefinieerd met potentiële startprojecten;
een samenwerkingsproject gedefinieerd met vijftien mkb-partners waarvoor financiering wordt
aangevraagd uit de IPC-regeling (InnovatiePrestatieContract).
Deze roadmap brengt in kaart:
de marktontwikkelingen en mogelijke applicaties voor nieuwe businessgeneratie (producten, diensten
en competenties);
technologische ontwikkelingen die passen bij de applicatiebehoeften;
concurrentie- en ecosysteemontwikkeling (diensten- en kennisontwikkeling);
een synthese gericht op de kansen voor (Zuid-)Nederland op basis van onder meer een SWOT-analyse,
economische ontwikkelingen en relevante verdienmodellen.
De roadmap is opgesteld vanuit drie invalshoeken:
Applicaties:
Allereerst wordt er gekeken naar de huidige en potentiële applicaties, die de basis vormen voor het
gehele roadmapproces. Deze basis geeft de huidige en toekomstige eisen weer op het gebied van
3D-printen gezien vanuit het toepassingsgebied.
Technologie:
Naast de applicaties is een belangrijke rol weggelegd voor de huidig en toekomstig beschikbare
technologieën die in de applicatiebehoeften kunnen voorzien. Deze technologieën worden
geanalyseerd en derhalve in kaart gebracht. Belangrijk onderdeel van de analyse zijn de ontwikkelingen
in nieuwe processen en materialen.
12 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Ecosysteem:
Daarnaast wordt de concurrentiepositie van de (Zuid-)Nederlandse spelers binnen de internationale
markt in kaart gebracht. Dit geeft een beeld van de kansen die gegenereerd kunnen worden voor het
(Zuid-)Nederlandse ecosysteem.
Resultaat
De roadmap moet leiden tot daadwerkelijke activiteiten, zodat hiermee het ecosysteem verder wordt
opgebouwd. Het belangrijkste resultaat is het definiëren en realiseren van vervolgprojecten, voor het
benutten van de geconstateerde kansen en het bereiken van het gewenste vliegwieleffect voor een
sterker (Zuid-)Nederlands ecosysteem (zie Figuur 1).
Richten Inrichten Verrichten
KassaKansen
Roadmap Consortia Projecten
Figuur 1 - Van kansen naar kassa: het roadmapproject leidt tot activiteiten.
1.3 Werkwijze
Voor het samenstellen van de roadmap is maximaal gebruik gemaakt van beschikbaar bestaand
onderzoek. Dit is aangevuld met kennis aanwezig bij het bedrijfsleven, de kennisinstituten en de
overheden, veelal van internationale aard. Ten behoeve van de synthese en de vertaling van de
omgevingsontwikkelingen naar kansen voor het (Zuid-)Nederlandse ecosysteem zijn enkele
conferenties en werksessies opgezet.
Deze werkwijze (Figuur 2) zorgde voor de realisatie van meerdere doelen:
Er is zeker gesteld dat keuzes voor de roadmapthema’s relevant zijn.
Er is draagvlak en energie gecreëerd voor het gezamenlijk oppakken van en inspelen op de kansen
die in de roadmap staan beschreven.
Er is gedurende het ontstaan van de roadmap consortiavorming gerealiseerd.
Validatie en definitieve
roadmap
Selectie enverdere uitwerkingMeest interessante
projecten voor(Zuid-)Nederland
WorkshopApplicaties &
materialen
Interviewronde
WorkshopDesign, processen
& materialen
Documenten-analyse
Figuur 2 - Schematische weergave van de werkwijze.
13Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
De roadmap is opgesteld voor de eerstkomende vijf tot tien jaar. Tijdens de werksessies zijn vanuit de
bedrijven, kennisinstellingen en regionale overheid de markt-, technologie- en ecosysteem analyses
uitgevoerd. Gerichte interviews met de huidige trekkers in deze sector, zowel uit Nederland als met name
ook België, hebben aanvullend materiaal opgeleverd. Daarnaast zijn de volgende werkgroepen ingezet:
Het kernteam: Berenschot, BOM, Syntens, TNO, Brainport Industries.
Het projectteam: ML Business Development en Berenschot.
De redactie van de eindrapporten: kernteam en experts.
Belangrijk aspect is de kruisbestuiving die tijdens het creëren van de roadmap heeft plaatsge vonden
tussen de deelnemers van de werksessies maar ook daarbuiten. Bedrijven uit de technologiesector,
zoals de ontwikkelaars van applicaties en materialen, kennisinstellingen als TNO, maar ook gevestigde
partijen uit België, waaronder Materialise, waren betrokken bij de uitvoering van dit roadmapproces.
De Nederlandse bedrijven houden zich met name bezig met het aanbieden van maakprocessen,
applicatieontwikkeling en incidenteel machinebouw. Zij borgen de kennis-kunde-kassa-keten vanuit
het huidige veld aan technologische oplossingen. Toch is het aantal Nederlandse bedrijven dat zich
doelbewust met 3D-printen op professionele wijze bezighoudt nog gering. Het aantal bedrijven en de
mate van bedrijvigheid in deze technologiesector moeten derhalve nog sterk gaan groeien.
De kenniscentra leveren met name die kennis aan die op een termijn van vijf tot tien jaar in de markt
moet renderen. Dit is belangrijk om de richting van de roadmap te bepalen uit technologisch
oogpunt. Kenniscentra in aanpalende ecosystemen, zoals België, Duitsland en het Verenigd
Koninkrijk, hebben op enkele specifieke gebieden een kennisvoorsprong. Bovendien zijn zij met meer
mankracht aan de slag om 3D-printen verder te ontwikkelen. Derhalve is ook hun kennis benut
tijdens het roadmapproces.
1.4 Leeswijzer
Na deze inleiding volgt in Hoofdstuk 2 een uitleg over de voor- en nadelen van 3D-printen. In de
daaropvolgende hoofdstukken worden de onderliggende details beschreven, uitgewerkt en onderbouwd.
Dit betreft achtereenvolgens in Hoofdstuk 3 de marktontwikkelingen en de potentiële applicaties, in
Hoofdstuk 4 de technologische standaarden en bijbehorende technologische ontwikkelingen en in
Hoofdstuk 5 de internationale positionering van het Nederlandse ecosysteem. Hoofdstuk 6 geeft een
toelichting op de additionele aandachtsgebieden voor 2,5D-printen, het zogeheten printen op substraten.
Uiteindelijk staan in Hoofdstuk 7 de belangrijkste conclusies en aanbevelingen van het onderzoek.
Hierin zijn opgenomen de wereldwijde trends en de acties die daaruit voor Nederland voortvloeien,
vervolgens de SWOT-analyse, de eigenlijke roadmap en de verdere uitwerking. Dat leidt tot thema’s
die de Nederlandse ondernemers, overheden en onderzoeksinstellingen moeten oppakken.
“���De�roadmap�3D-Printen�is�een�allesomvattende�samenvatting�van�kansen,�
uitdagingen�en�verwachtingen�op�het�gebied�van�Additive�Manufacturing�voor�de�
high-tech�industrie�van�Nederland.�Er�ligt�een�schone�taak�om�hieraan�invulling�te�
gaan�geven.“MichieldeBruijckerManagingDirectorFormatecCeramics
1414 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
3D-printen2
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 15
2.1 Laag voor laag
3D-printen is een techniek waarbij laag voor laag materiaal wordt aangebracht; Figuur 3 toont
het principe. De verschillende lagen creëren volume en structuur, waardoor een 3-dimensionaal
object ontstaat. Er zijn verschillende technieken die gebruik maken van deze laagsgewijze
opbouw (zie Paragraaf 4.2), en daarbij met verschillende materialen werken.
Een ontwerp kan digitaal worden gemaakt in een 3D CAD-programma en worden doorgestuurd
naar een 3D-printer. Die converteert het ontwerp naar tekeningen van de lagen, die laag voor
laag in vast materiaal worden omgezet en aan de onderliggende laag ‘bevestigd’. In een relatief
korte tijd kan zo een ontwerp worden gematerialiseerd. Het grootste en bekendste
toepassingsgebied van deze techniek is dan ook rapid prototyping. De techniek wordt dan
gebruikt om snel een tastbaar model van het ontwerp ter beschikking te hebben.
Computer designIdea Finished ProductAMT Machine
Figuur 3 - Principe van 3D-printcyclus.
2.2 Nieuwe kansen voor de industrie
3D-printen krijgt steeds meer aandacht in de media en er zijn hoge verwachtingen omtrent de
impact op onze economie. Desalniettemin is er nog veel technologieontwikkeling noodzakelijk
om deze verwachtingen ook daadwerkelijk te kunnen realiseren. De groeiende omzet in
3D-geprinte producten en de groei in de verkoop van toebehoren voor 3D-printing (machines,
materialen, services) geeft een positief beeld van deze technologie.
Onderzoek van Gartner situeert de 3D-printtechnologie voor consumentenproducten op basis van
kunststof op de zogeheten ‘peak of inflated expectations’ (Figuur 4). De verwachting van Gartner
is dat het nog vijf tot tien jaar duurt voordat het ‘plateau of productivity’ wordt bereikt. Voor
3D-bioprinting duurt dit nog meer dan tien jaar en voor 3D-scanners vijf tot tien jaar. Deze analyse
geeft echter wel het beeld aan dat 3D-printen bezig is een volwassen technologie te worden.
16 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Predictive Analytics
Expectations
Time
TechnologyTrigger
Wireless PowerHybrid Cloud Computing
HTML 5Gamification
Big DataCrowdsourcing
Speech-to-Speech TranslationSilicon Anode Batteries
Natural-Language Question AnsweringInternet of Things
Mobile RobotsAutonomous Vehicles
3D ScannersAutomatic Content Recognition
Volumetric and Holographic Displays3D Bioprinting
Quantum ComputingHuman Augmentation
In-Memory Analytics
As of July 2012
Text Analytics
Home Health MonitoringHosted Virtual Desktops
Virtual Worlds
3D PrintingBYODComplex-Event ProcessingSocial AnalyticsPrivate Cloud ComputingApplication StoresAugmented RealityIn-Memory Database Management SystemsActivity StreamsNFC PaymentInternet TVAudio Mining / Speech AnalyticsNFCCloud ComputingMachine-to-Machine Communication ServicesMesh Networks: SensorGesture Control
Trough ofDisillusionment
Plateau ofProductivity
Slope of Enlightenment
Plateau will be reached in:
less than 2 years 2 to 5 years 5 to 10 years more than 10 years obsoletebefore plateau
Peak of inflatedExpectations
Mobile OTA Payment
Media Tablets
Consumerization
Biometric Authentication Methods
Idea ManagementConsumer Telematics
Speech Recognition
Figuur 4 - Gartner’s Hype Cycle van opkomende technologieën (2012).
3D-printen vindt de weg naar een breed spectrum aan producten in een groot aantal
marktsegmenten. Het printen van textiel, medische implantaten en maatwerk-hulpmiddelen,
reserveonderdelen voor auto’s, vliegtuigen en machines, gepersonaliseerde iPhone-hoesjes,
zonnecellen, ... – het kan allemaal met 3D-printen. En nog veel meer, want uiteindelijk zijn de
mogelijkheden van 3D-printen oneindig. Dit betekent niet dat alles wat geprint kan worden ook
daadwerkelijk geprint gaat worden, maar het geeft aan dat de technologie zeer veelbelovend is
en derhalve veel mogelijkheden biedt. Economisch succes zal bepaald worden door de mate
waarin wij in staat zijn kostenefficiënt te produceren. Ook voor deze productiemethode geldt dat
de afweging van kosten, performance en kwaliteit, levertijd en time-to-market bepalend is voor
succes.
Wat dat betreft biedt 3D-printen veel voordelen, zoals het direct fysiek beschikbaar krijgen van
een ontwerp, het zogeheten ‘on-demand-manufacturing’. Dit betekent weinig tot geen
materiaalverlies, geen voorraden behalve van het uitgangsmateriaal, hoge vrijheid van creatie en
gepersonaliseerde applicaties. Er zijn ook indirecte voordelen: door gewichtsbesparingen van
producten zoals onderdelen voor vliegtuigen en auto’s vermindert het brandstofverbruik,
hetgeen de duurzaamheid vergroot.
Consumentenproducten maar zeker ook de producten die in de medische markt worden
toegepast lopen momenteel voorop. Het printen van een maatwerk-kunstgebit is hiervan een
mooi voorbeeld. Zo ontwikkelt de medische markt zich zeker verder. Dit neemt echter niet weg
dat met name ook de industrie de technologie moet oppakken en geschikt moet maken voor
verdere industrialisatie richting andere sectoren, zoals luchtvaart, high-tech machinebouw,
consumentenproducten, automotive en de foodsector.
17Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Voor adoptie van de techniek zijn twee trends van belang: verbeteren en vernieuwen.
Wanneer we spreken over verbeteren, vergelijken we de 3D-printtechnologie met de
concurrerende huidige conventionele maakprocessen. Dan moet 3D-printen zich daarvan gaan
onderscheiden op basis van de integrale kostprijs (opgebouwd uit materiaal, tooling, logistieke
kosten), de doorlooptijden en de te garanderen kwaliteit.
Vernieuwen biedt meer mogelijkheden: 3D-printen geeft meer ontwerpvrijheid. Denk aan het
creëren van complexe stelsels van kanaaltjes in een manifold. Of aan complexe samengestelde
producten, die veelal sneller, beter en goedkoper gefabriceerd kunnen worden met 3D-printen.
2.3 Scope en definities
Industrial Printing betreft een verzameling van productieprocessen waarmee producten worden
gemaakt door het (additief) opbrengen van materialen. Het betreft alle vormen van printen die
niet grafisch zijn. Onder Industrial Printing vallen twee hoofdgroepen:
1. Additive Manufacturing, zoals dat wordt uitgevoerd door 3D-printprocessen voor het maken van
fysieke 3D-eindproducten (zie Figuur 5a).
2. Het aanbrengen van materialen op substraten (platen), zoals het printen van elektronica, OLED’s,
solarpanelen en displays. Hierbij worden geen inkten gebruikt, maar met name nieuwe printbare
materialen, zoals geleidende materialen, metalen of polymeren (zie Figuur 5b).
a - 3D-printen/Additive Manufacturing b - Aanbrengen van materialen op substraten.
Figuur 5 - Voorbeelden van eindproducten.
De onderhavige roadmap richt zich primair op de ontwikkelingen in 3-dimensionale Additive
Manufacturing. Daarnaast worden de belangrijkste ontwikkelingen voor het aanbrengen van
materialen op substraten beschreven in Hoofdstuk 6.
Steeds vaker wordt de term 3D-printen gebruikt om alle AMT-processen (Additive Manufacturing
Technology) aan te duiden. 3D-printen is dan ook de term die in deze roadmap wordt gebruikt
voor het proces om vanuit een digitale representatie van een onderdeel of product laagsgewijs
een eindproduct op te bouwen.
18 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
2.4 Voordelen
Er zitten verschillende voordelen aan het laagsgewijs opbouwen van producten. Figuur 6 geeft
enkele belangrijke voordelen weer.
Kosten verlagen (kleine series)
Design- complexi teit en -functionaliteit
Customized DuurzaamheidNieuwe business-
modellen
•Geentooling
•Beperkt/geen
transport
•Beperkt/geen
magazijn
•Geenvoorraadverlies
•Toevoegingfeatures
(koelingskanalen,
geluidsisolatie,
internestructuren,
hybridematerialen
laag-om-laag,etc.)
•Functiesbeter
uitvoeren(porositeit,
elektrischegeleiding,
etc.)
•Lichtgewicht
producten
•Assemblage
onderdelendoor
ontwerp(integrale
functies)entijdens
productieproces
•Ergonomischdesign
(naarexternlichaam)
•Anatomischdesign
(naarinternlichaam)
•Esthetischdesign
(naarsmaak)
•Mindermateriaal
(afval)
•Lichtgewicht
producten
•Efficiënte
supplychains
•LifeCycle
Analysislager
•Goedkoperkleine
serieproducten
maken
•Iteratiesnelheid/
verkortentime-to-
market(prototyping)
•Verkortenvan
servicetijd,
leadtimes
•Nieuwesupply
chains(ondemand,
onlocation)
•Biedennieuwe
services(printer
bijdeklant)
•Design-en-print-
het-zelf
•Co-creatie
Figuur 6 - Overzicht van voordelen van 3D-printen.
Kosten verlagen
Een groot voordeel van laagsgewijs aanbrengen van materiaal is dat de integrale kosten lager
kunnen uitvallen wanneer er geen tooling (bijvoorbeeld in de vorm van mallen of matrijzen)
nodig is. Dat geldt in het bijzonder voor complexe producten of onderdelen die in lage volumes
worden geproduceerd. De toolkosten moeten in dat geval over een kleine hoeveelheid producten
worden afgeschreven, waardoor de kosten per product vrij hoog zijn. Daarnaast biedt 3D-printen
de mogelijkheid om dichter bij eindklanten te produceren zonder grote voorraden aan te houden
(‘on demand, on location’). Hiermee kunnen voorraadverliezen (obsolete geraakte producten)
worden vermeden. Omdat er steeds meer professionele 3D-printers wereldwijd beschikbaar zijn
tegen acceptabele kostprijs, komt de techniek steeds meer in het bereik van kleinere
ondernemingen en zelfs van particulieren.
Vormvrijheid en maatwerk
Een groot voordeel van 3D-printen is de vormvrijheid van het ontwerp. Er hoeft nauwelijks
rekening te worden gehouden met maakbaarheidsbeperkingen vanuit tooling (bijvoorbeeld
lossingen van matrijzen) of bewerkingsbeperkingen (bijvoorbeeld interne kanalen maken met
CNC). Daardoor ontstaan nieuwe mogelijkheden om eigenschappen aan het eindproduct toe te
19Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
voegen, zoals cilindrische koelingskanalen en interne verstevigingsstructuren. Ook is het mogelijk
om productfuncties beter uit te voeren, zoals het benutten van porositeit en het verbeteren van
elektrische geleiding. Deels zijn deze mogelijkheden nog niet bekend: ontwerpers moeten
hiervoor opnieuw de functionaliteit van het product bestuderen en een vernieuwd ontwerp
maken, met de specifieke randvoorwaarden die de 3D-printtechniek daaraan stelt.
Met 3D-printen kunnen producten ook licht van gewicht gemaakt worden middels constructies
op basis van interne structuren (vergelijkbaar met een honingraat). Ook kunnen producten
complexe designs bevatten, zodat onderdelen kunnen worden geïntegreerd tot één geheel (hoger
stuklijstniveau) zonder de noodzaak van assemblageprocessen om een onderdeel als een hybride
uit te voeren. Bovendien zijn er eenvoudig customized producten (one-offs) te printen die zowel
ergonomisch, anatomisch als esthetisch customized kunnen zijn.
Duurzaamheid
Wat betreft duurzaamheid biedt het aanbrengen van materiaal voordelen ten opzichte van het
weghalen van materiaal (verspanen). Er is minder afvalmateriaal dan bij veel verspanende
processen, zoals bij het conventionelere frezen, draaien en slijpen. Ook is er minder energie nodig
bij het opbouwen van bijvoorbeeld 10% materiaal dan bij het weghalen van 90% van het
materiaal om de uiteindelijke 10% over te houden. Ook koelmiddelen en andere hulpstoffen zijn
niet of minder vaak nodig.
Lichtgewicht producten kunnen in de gebruiksfase leiden tot minder energieverbruik, denk aan
lichtere auto’s en vliegtuigen. Daarbij wordt ook brandstof bespaard door efficiëntere supply
chains (on demand, on location). Er is immers minder transport nodig om producten op de plaats
van bestemming te krijgen door uitgangsmateriaal in plaats van eindproducten af te leveren.
Tevens biedt 3D-printen een alternatieve oplossing voor het voorraadbeheer van obsolete
componenten en producten. Normaliter vergen die in de eindfase van de levenscyclus extra
voorraad om levergaranties te realiseren. Dit alles leidt in veel gevallen tot een positief
uitvallende Life Cycle Analysis (LCA), oftewel een lagere milieubelasting.
Nieuwe businessmodellen
De opgesomde voordelen van 3D-printen kunnen ook leiden tot nieuwe businessmodellen.
Gezien de lagere toolingkosten kunnen met 3D-printen op een goedkopere manier lagere
volumes geproduceerd worden. Daarnaast kan het digitale karakter van de technologie en het
ontbreken van tussenstappen tussen ontwerp en productie de productontwikkeling versnellen: er
valt tijdsvoordeel te behalen met de verkorting van de iteratieslagen door middel van tastbare
3D-geprinte voorwerpen (prototyping). 3D-printen kan ook worden ingezet bij het versnellen van
het overgaan tot productie. Steeds vaker worden nulseries geprint, mits hierbij geen
certificeringen komen kijken. Ook kunnen servicetijden en reparatietijden worden verkort.
Geheel nieuw ingerichte supply chains komen binnen handbereik doordat verschillende schakels
in de keten overbodig worden (toelevering van tools, opslag en transport van voorraden).
Wellicht de interessantste kans voor nieuwe business is het aanbieden van nieuwe services. Zoals
het neerzetten van een 3D-printer op locatie (bijvoorbeeld een chemische plant, boorplatform of
bouwplaats) om producten lokaal te vervaardigen op het moment dat ze nodig zijn. Bovendien is
voor deze nieuwe techniek enige kennis van CAD-modelleren noodzakelijk – dus kunnen
engineers derden hulp aanbieden bij het ontwerpen en printen van hun eigen producten.
20 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Consument en logistieke keten
Door de toegankelijkheid van de 3D-printtechniek zullen consumenten steeds vaker hun eigen
ontwerpen maken. Zij kunnen gebruik maken van compacte en eenvoudige printers die zij thuis
kunnen gebruiken, of hun ontwerp opsturen naar een printservice die dat vervolgens print en
toestuurt. Consumenten ontwerpen en customizen nu al eenvoudige gebruiksartikelen, sieraden,
kledingstukken en accessoires zoals telefoonhoesjes.
Doordat het vervaardigen van producten zo toegankelijk is geworden voor consumenten,
ontstaat een cruciale verschuiving in de logistieke keten: van het kopen van producten in de
winkel naar het printen van deze producten thuis. Dit betekent dat de logistieke stroom in
materialen sterk verandert, maar ook dat in plaats van producten er digitale ontwerpen worden
gekocht (bijvoorbeeld via een App-store). Ontwerpers van producten worden dan betaald per
download in plaats van per verkocht fysiek product.
Business-to-Business
Er ontstaat een enorme ‘freedom of creation’, waarbij creativiteit eindeloos toepasbaar lijkt en
iedereen snel een ontwerp kan uitproberen in de praktijk. Desalniettemin berust het succes van
3D-printen vooral op de Business-to-Business-markt (B2B). De B2B-markt zorgt ervoor dat de
innovaties professionaliseren. Nieuwe ontwerptools, materialen, printprocessen en
applicatiemogelijkheden krijgen door de investeringen vanuit de B2B-markt de mogelijkheid om
volwassen te worden. Medische producten in de vorm van maatwerk-implantaten en
-hulpmiddelen zullen verder vernieuwen en in aantal toenemen, evenals onderdelen voor
machinebouw, automotive, luchtvaart en defensie. En de machinebouw (3D-printers) zelf zal
innoveren en groeien.
2.5 Nadelen
Er zitten echter ook (nog) enkele nadelen aan 3D-printen. Voor grote series en heel grote
onderdelen (bijvoorbeeld groter dan een kubieke meter) is de technologie nog niet geschikt en
uitontwikkeld.
Voor grote series zal het naar verwachting waarschijnlijk altijd interessanter blijven een aparte
tool (mal of matrijs) te maken om mee te produceren, tenzij de vorm alleen met additieve
technologie gemaakt kan worden. De conventionele technieken hebben vaak ook als voordeel
dat de gebruikte materialen en de machines nu nog goedkoper zijn dan die voor 3D-printen
gebruikt worden. Ook ligt de productiesnelheid bij conventionele technieken vaak vele malen
hoger en is er minder nabewerking noodzakelijk.
Daarentegen verwacht men in de toekomst voor grotere producten voldoende productie-
capaciteit. Er zijn reeds printers beschikbaar die designs van 3.000 x 2.000 x 2.000 millimeter
kunnen printen in polymeer. Metaalprinters voor grotere producten zijn ook in ontwikkeling.
Een ander nadeel is dat 3D-printen technologisch voor enkele materialen nog onvolwassen is
(kunststof is voor prototypingdoeleinden al wel ver ontwikkeld). De verwachting is dat de
performance (tijd, oppervlaktestructuur) verbetert en de kosten (materiaal, machines) zullen dalen.
21Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen22
Marktontwikkelingen3
23Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
3.1 Marktontwikkelingen komende vijf jaar
De marktverwachtingen voor 3D-printen worden wereldwijd zeer positief ingeschat. Over de
afgelopen 24 jaar is een zeer sterke groei van gemiddeld 26,4% (CAGR) genoteerd. Naar
verwachting zal deze groei zich doorzetten, tot ruim $ 6 miljard in 2019 (zie Figuur 7).
Wat betreft de reden voor het gebruik van 3D-printen blijkt de markt momenteel primair gericht
op het maken van prototypes (rapid prototyping). Echter, het aandeel van het produceren van
eindproducten is in de laatste jaren sterk gegroeid, tot ruim 24% van de totale marktomvang. De
verwachting (Wohlers, 2012) was dat dit zich versterkt doorzet en voor 2012 zou resulteren in
ruim $ 400 miljoen.
Ongeveer de helft van de huidige markt betreft de verkoop van machines en materialen. De andere
helft is productie en services, zoals het printen van onderdelen, engineering en consultancy.
(x miljoen)
$ 7.000
$ 6.000
$ 5.000
$ 4.000
$ 3.000
$ 2.000
$ 1.000
$ 02013 2015 2017 2019
Figuur 7 - Verwachte marktgroei voor 3D-printen (Wohlers, 2012).
Langetermijn-marktonderzoek laat zien dat de verwachtingen zelfs nog hoger zijn: volgens
McKinsey kan de markt groeien tot $ 230-550 miljard in 2025. Het aandeel van consumenten-
producten ($ 100-300 miljard) wordt nog steeds hoog ingeschat, evenals industriële applicaties
($ 100-200 miljard) en daarnaast tooling zoals mallen en matrijzen ($ 30-50 miljard).
In deze prognoses zijn de integrale kosten van het eindproduct meegenomen, inclusief
materialen, printmachines, thuisprinters, designtools en bijvoorbeeld testsystemen.
Er is een sterk onderscheid tussen applicaties voor de consumentenmarkt (B2C) en industriële
toepassingen (B2B). Met name voor de consumentenmarkt wordt een nog veel groter potentieel
voorzien, als alle verwachtingen worden waargemaakt. Dit is inclusief het toenemende aantal
thuisprinters en het oneindige aanbod van digitale ontwerpen die via web-stores als download
worden aangeboden. Het printen van consumentenproducten – thuis of in de printshop om de
hoek – heeft enorme gevolgen voor het logistieke proces, waarbij de rol van winkelketens afneemt
en de materiaalvoorziening enorm zal toenemen.
Applicaties van 3D-printen zijn te vinden in een breed scala van eindmarkten, zoals in Figuur 8 is
weergegeven. Hierbij zijn ook de marktgrootte en -potentie aangegeven. Consumentenapplicaties
24 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
zijn sterk vertegenwoordigd, maar industriële toepassingen excelleren naar verwachting door het
krachtige aanbod van beschikbare materialen, designtools, printers en ontwerpen. Zelf applicaties
maken en reproduceren zijn de drivers van succes.
Markt Marktgrootte* Potentie
Medical / Dental 15%vanhuidigemarkt Hoog
Aerospace 12%vanhuidigemarkt Hoog
Automotive 20%vanhuidigemarkt Hoog
Consumenten (lifestyle&fashion) 20%vanhuidigemarkt Zeerhoog
Machinebouw / Apparatenbouw / Tooling 10%vanhuidigemarkt Hoog
Electronics en electronic devicesZiePrintenopsubstraten
(Hoofdstuk6)Hoog
Defensie 6%vanhuidigemarkt Gemiddeld
Offshore, energie, procesindustrie Beperktepenetratie Laag
Bouw>3%(metname
architectuur)Gemiddeld
Consumenten (safety) Beperktepenetratie Laag
Food Zeerbeperktepenetratie Laag
Figuur 8 - Overzicht van markten, marktgrootte en -potentie.
3.2 Markten en applicaties
3D-printen is in veel verschillende markten toepasbaar. Figuur 9 geeft weer in welke markten
reeds applicaties geproduceerd worden met behulp van 3D-printen en welke te verwachten
applicaties er zijn.
25Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Markt Applicaties (nu) Applicaties (toekomst)
Medical / DentalProtheses, implantaten, hearing aids,
bruggen, beugels, brillen, tooling, gereedschappen, scanning
Levende cellen, organen, aderen, hartkleppen, botten, scaffolds, smart packaging medicijnen, (smart) pillen
AerospacePrototyping, complexe low-
volume (spare) parts, lichtgewicht constructiedelen, kleine metalen parts
Parts voor motoren, steeds meer functionele parts.
AutomotivePrototyping, high-performance
onderdelen (race), lichtgewicht delen, spare parts
Complexe low-volume (spare) parts, personalized interieurdelen, keramiek
motoronderdelen, sensoriek incl. package, manifolds, oldtimers
Consumenten (lifestyle&
fashion)
Customized producten, zelfontworpen meubelen, speelgoed, juwelen,
kunstvoorwerpen, kleding
Diverse andere applicaties/markten, customized, reversed engineering (scanning), end-of-life producten
Machinebouw / Apparatenbouw /
Tooling
Prototyping, low-volume (spare) parts, mallen en modellen
Samengestelde complexe delen, manifolds, veel interne (hydraulische)
kanaaltjes, lichtere delen voor betere precisie, delen met hoge
functionaliteit, grijpers
Electronics en electronic devices PCB’s, behuizingen elektronica
(O)LED’s, integrated circuits, zonnepanelen, RFID-chips,
microdevices
Defensie Tools, spare parts (on location)Interne structuren wapens, lichtgewicht bescherming,
‘gear’ op maat
Offshore, energie, procesindustrie Complexe parts, heat shields
Spare parts op locatie, complexe manifolds, complexe joints,
microreactoren, filtersystemen
Bouw MaquettesPrinten bouwmaterialen,
customized onderdelen huis, complete geprinte huizen
Consumenten (safety) Veiligheidshelmen
Lichaamsbescherming op maat, veiligheidsstoelen
FoodCustom-made food,
grappige vormenMaaltijd speciaal afgestemd op persoon
(ingrediënten), maaltijdpil
Figuur 9 - Overzicht van markten en bijbehorende huidige en toekomstige applicaties (Bron: Wohlers Report, 2012
(marktgrootte), expertmeeting en teamanalyse).
Medische sector
In de medische sector wordt reeds op ruime schaal gebruik gemaakt van 3D-printen. Wohlers
schat in dat 15% van alle omzet in 3D-productie op dit moment medische toepassingen betreft.
De applicaties bestaan primair uit tooling, maar ook uit protheses, gehoorapparaten, implantaten
en orthopedische hulpmiddelen (zie Figuur 10). Deze markt kan sterk groeien door techno-
logische ontwikkelingen zoals de opkomst van voor 3D-printen geschikte biocompatibele
materialen. Een interessant toepassingsgebied is ook het printen van structuren om cellen op of
in te laten groeien. In de verdere toekomst (over meer dan tien jaar) gloort het printen van
levende cellen om bijvoorbeeld organen te kunnen printen.
26 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Belangrijke ontwikkelingen die acceptatie van de technologie in de medische wereld naar
verwachting bespoedigen:
Verbetering van het oppervlak van geprint product, liefst naad- en structuurvrij; dit door beter
printen of eenvoudige oppervlaktebehandelingen.
Certificering van printprocessen.
Certificering van materialen.
Ontwikkeling van biocompatibiliteit van materialen.
Figuur 10 - Voorbeeld van geprinte kiezen en tanden (Bron: Concept Laser GmbH).
Luchtvaart
In de luchtvaart worden op dit moment uitgebreid de mogelijkheden verkend van 3D-printen. Dit
betreft met name prototyping, maar er komen steeds meer voorbeelden van geprinte
eindproducten. Er zijn in deze markt veel kansen, gezien het
grote aantal dure en complexe onderdelen waarvan slechts
kleine series nodig zijn. Met behulp van 3D-printen kunnen
daarnaast, anders dan met conventionele technieken, holle
verstevigde structuren worden gemaakt; dit reduceert de
benodigde hoeveelheid materiaal (zie Figuur 11).
Figuur 11 - Lichtgewicht verbindingsmateriaal voor de luchtvaartindustrie.
Het belang en de potentie van gewichtsbesparing, en daarmee brandstofbesparing, die met
3D-geprinte onderdelen gerealiseerd kan worden is groot in deze sector. Daardoor zijn relatief
grote budgetten in deze markt voorhanden. Tevens kan het op locatie printen van reserve-
onderdelen veel tijd en daarmee kosten besparen. Wachten op onderdelen voor onderhoud,
waardoor een vliegtuig of helikopter aan de grond staat, kost veel geld. In de commerciële
luchtvaart rekent men met de vuistregel van een $ 0,5 miljoen per verloren vluchtdag.
Ook de ruimtevaart kan interessant zijn. Hier worden vaak dure, complexe parts gewenst. De
gestelde eisen zijn momenteel echter nog te hoog voor 3D-printen.
Voorwaarde voor groei in deze markt is dat het printen van met name lichte metalen en zeer
sterke composieten qua performance en kosten dichter bij de momenteel gangbare technieken
en materialen komt. De verwachting is dat dit in de komende vijf jaar gebeurt en op middellange
termijn (vijf tot tien jaar) voor een doorbraak in de luchtvaartindustrie zorgt. Voor de ruimtevaart
duurt dat waarschijnlijk langer.
27Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Belangrijke ontwikkelingen die acceptatie van de technologie in de luchtvaart bespoedigen zijn:
Certificering van materialen.
Certificering van processen.
Verbetering van de performance in relatie tot het voldoen aan specifieke eisen, met name aan de
sterkte en stijfheid van de vervaardigde onderdelen (vermoeiing en vervorming van materialen).
Automobielindustrie
De automobielindustrie is een aantrekkelijke en nu al grote markt, waarin de 3D-printtechnologie
momenteel vooral wordt toegepast voor prototyping (zie Figuur 12). Er zijn echter al voorbeelden van
kunststofonderdelen voor interieurdelen die in producten voor eindgebruikers worden gebruikt. Voor
het exterieur zijn de toepassingen voor eindproducten nog beperkt vanwege certificeringen en
garanties.
In de autorensport gebruikt men wel geprinte onderdelen voor het exterieur. Formule 1-renstallen
benutten 3D-printen bijvoorbeeld voor het aanpassen van de spoilers aan het circuit. In deze markt zijn
gewichtsbesparing en personalisatie van groot belang. Ook het feit dat 3D-printen primair interessant is
voor lage volumes, is interessant in deze branche. De verwachting is dat de komende vijf jaar de
toepassing van 3D-printen verder toeneemt.
Voor de automobielindustrie zijn kosten, afwerking en 100% uniformiteit zeer belangrijke factoren.
Vandaar dat in eerste instantie ‘specialty products’ en klantspecifieke productelementen de
aantrekkelijkste niches lijken te vormen. Bij serie- en massaproductie spelen product- en
procescertificering een belangrijke rol. Ontwikkelingen op dit terrein zullen de toepassing van
3D-printen in de automobielindustrie versnellen.
Figuur 12 - Voorbeeld van ‘concepts cars’ (prototypes) gemaakt voor Citroën (Bron: Laurent Nivalle, Centre de Création Citroën)
Consumenten (lifestyle, fashion & safety)
Een wezenlijk deel van de huidige productie van 3D-geprinte artikelen betreft consumenten-
goederen (lifestyle & fashion). Producten als sieraden en gepersonaliseerde objecten (eigen designs)
zijn samen goed voor ongeveer 20% van de totale markt voor 3D-geprinte goederen (Wohlers,
2012). Andere voorbeelden van eindproducten zijn designlampen en andere interieuraccessoires (via
bijvoorbeeld serviceproviders/designers FOC of MGX), customized juwelen en avatars. De
ontwikkeling van machines die ‘print it yourself’ mogelijk maken (Ultimaker, Le cube, Makerbot) en
de opkomst van sites als Shapeways en Materialise maken de techniek voor nieuwsgierigen
toegankelijk en bespoedigen de acceptatie bij consumenten.
Daarnaast zijn er verschillende toepassingen van ‘custom-fit’ producten, zoals op lichaam aangepaste
helmen, guards (tand- of elleboog-/kniebescherming) en schoenen. In de toekomst worden naar
verwachting ook stoelen en kleren vaker gepersonaliseerd; zie Figuur 13. In de praktijk blijkt het
voordeel van op lichaam aangepaste voorwerpen eerder cosmetisch dan veiligheids- of
prestatiebevorderend te zijn. Imago speelt dan een belangrijke rol. Daarnaast zijn er nog juridische
barrières. Een voorbeeld: helmen moeten minimaal een aantal keren destructief worden getest, terwijl
de seriegrootte van het geïndividualiseerde product één stuks is. Dit is een issue, omdat juist ten
aanzien van veiligheids- en beschermingsproducten de certificeringseisen dominant zijn. Als er een
oplossing komt voor deze problemen, is groei te verwachten in deze markt.
28 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Over het algemeen zijn de eisen die consumenten
aan hun (vaak zelfontwikkelde) producten stellen
lager dan in de professionele markt. Met name de
aspecten herhaalbaarheid en 100% uniformiteit zijn
voor consumenten minder van belang. Voor de
consumentenmarkt (fashion en lifestyle) zijn lage
kosten, een goede afwerking en ready-to-use
dominante eisen. De verwachting is dat deze markt
sterk blijft groeien door steeds meer toepassingen in
verschillende segmenten. Het feit dat steeds meer
particulieren en kleine bedrijven een eigen printer
willen hebben, biedt tevens mogelijkheden voor
nieuwe businessmodellen.
Machinebouw/tooling
Ongeveer 10% van de huidige 3D-productie betreft
machineonderdelen en tooling. Voor een groot deel
gaat het hier over prototypes, maar het aandeel
eindproducten stijgt snel. Er zijn veel mogelijkheden
voor marktgroei. Deze markt kent veel dure,
complexe, low-volume onderdelen (bijvoorbeeld
manifolds). In veel gevallen is een goedkopere oplossing te vinden via 3D-printen. Daarnaast
worden op dit moment veel onderdelen en tools níet geproduceerd, omdat het niet economisch
rendabel is. Een mal maken voor een kleine serie is vaak financieel niet aantrekkelijk. 3D-printen
kan in dit segment dus leiden tot daadwerkelijke marktvergroting, omdat rendabel produceren
van kleine series en aangepaste producten mogelijk wordt.
Ook voor serieproductie biedt de techniek kansen (zie Figuur 14): goedkopere mallen kunnen het
risico beperken. Er kan sneller een proefmal gemaakt worden, waarmee kinderziektes van het
ontwerp sneller zijn te verhelpen. Met een dergelijke eerste mal kan eventueel zelfs al de eerste
serie geproduceerd worden. Moet er normaliter rond de zes weken gewacht worden op een
productiemal, nu is de levertijd afhankelijk van de grootte van de mal en de snelheid van de printer.
Voorwaarde is wel dat het printen van met name metalen onderdelen qua performance en kosten
aantrekkelijker wordt. Dan is een grote groei op korte en middellange termijn te verwachten.
De belangrijkste drijfveer is echter de
ontwerpvrijheid die 3D-printen biedt,
waardoor het mogelijk wordt complexe
producten te vervaardigen die normaliter niet
vervaardigd kunnen worden. Een voorbeeld is
een tool met complexe kanaalstelsels, dat niet
met conventionele apparatuur gemaakt kan
worden, maar wel prima is te printen.
Electronics en electronic devices
De elektronische sector is in potentie een zeer grote markt. Zeker wanneer het printen op substraten
(2D) eenvoudiger kan worden toegepast. Voor adoptie van de techniek is een verdere verbetering
Figuur 13 - Geprinte jurk van Iris van Herpen.
Figuur 14 - Een opengewerkte versie van een insert,
met koelkanalen, voor een productiemal
(Bron: Concept Laser GmbH).
29Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
noodzakelijk in precisie en reproduceerbaarheid. De verwachting is dat op korte termijn steeds meer
machines voor printen op substraten worden ontwikkeld (bijvoorbeeld Mutracx). Specifieke
ontwikkelingen (onder meer met betrekking tot hechting) krijgen op dit moment aandacht.
Miniaturisering speelt ook een grote rol. Zo hebben onderzoekers op Harvard met een 3D-printer
een batterij gemaakt van minder dan een millimeter groot, met dezelfde energiedichtheid en
levensduur als van de accu van een telefoon. Dergelijke ontwikkelingen maken geheel nieuwe
concepten mogelijk.
Defensie
Over de defensiemarkt is bekend is dat 3D-technieken worden benut en dat er inmiddels veel
kansen zijn, bijvoorbeeld om de bevoorrading, productie en reparatie ‘in het veld’ efficiënter te
laten verlopen. Op dit moment is naar schatting zo’n 6% van de 3D-productie ten behoeve van de
defensiemarkt. De te verwachten applicaties zijn complexe, low-volume onderdelen en
reserveonderdelen (‘spare parts on demand’), waarschijnlijk primair voor vaar-, voer- en vliegtuigen.
Voor defensie zijn de eisen per productgroep verschillend en worden ontwikkelingen voorzien voor
toepassingen op het gebied van aerospace, automotive, electronics en machinebouw.
Offshore, energie en procesindustrie
Onbekend is hoe interessant deze markt is voor 3D-geprinte onderdelen. Er zijn voorbeelden van
complexe onderdelen (heat shields) voor energiecentrales en windturbines. Ook is bekend dat
petrochemische en offshore-multinationals 3D-printen onderzoeken. Met name het feit dat
onderdelen relatief snel ter plekke kunnen zijn, biedt voordeel voor deze industrie. Ook hier geldt
dat stilstand van installaties veel geld kost.
Echter, dit zijn sectoren met vaak heel hoge certificeringseisen. Daarnaast spelen betrouwbaarheid,
maatvoering (volumineus) en robuustheid een grote rol. Conceptueel gezien lijken de mogelijk-
heden die 3D-printen biedt voor ‘on demand, on location’ printen zeer interessant. Maar gelet op
de hoge eisen en de maatvoering is in deze sector pas op middellange termijn een grote groei van
3D-printen van onderdelen te verwachten.
Bouw
Op dit moment wordt 3D-printen in de bouw primair gebruikt voor maquettes. Geschat wordt
dat dit 3% van de totale 3D-productie betreft. Daarnaast zijn er al voorbeelden van (customized)
producten zoals beslag (deurklink, bel) en kozijnen. Groei is op korte termijn te verwachten,
omdat architecten en groothandelaren op zoek zijn naar nieuwe mogelijkheden om kosten te
verlagen, terwijl men tegelijkertijd aan de vraag van de consument naar individualisering
tegemoet wil komen.
Het daadwerkelijk printen van bouwmaterialen, bijvoorbeeld de muren van een huis, is op
pilotschaal al toegepast (grachtenpand door DUSArchitecten). Duurzaamheid (bijvoorbeeld
materiaalbesparing en hergebruik) is een belangrijke driver voor ontwikkelingen op dit terrein. De
verwachting is dat het printen van huizen op de langere termijn mogelijk wordt. De initiatieven
op dit terrein krijgen veel aandacht, maar bevinden zich allen nog in het experimentele stadium.
Over het algemeen geldt dat het kostenverschil op dit moment een groot voordeel biedt bij het
vervaardigen van maquettes, maar nog een grote remmende factor is om 3D-printen grootschalig
in deze markt in te zetten voor eindproducten.
30 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Food
Er is veel aandacht voor het printen van voedsel, met name omdat het tot de verbeelding spreekt.
Op dit moment zijn er voorbeelden van geprint voedsel en wordt naar toepassingen gekeken voor
bijvoorbeeld customized chocolade en gebak. Voor voedsel zijn de certificerings- en
veiligheidseisen hoog. Daarnaast is de economische rentabiliteit op dit moment nog ver te zoeken.
In feite kost het nu extra bewerkingen om een product te maken dat lijkt op een bestaand
product. Tegenvraag is: waarom zou je bijvoorbeeld een wortel willen printen? Decoratief (food
design) biedt daarentegen wel veel mogelijkheden.
Op langere termijn (meer dan tien jaar) is wellicht een interessante toepassing het printen van
voedsel dat qua ingrediënten (koolhydraten, vetten, medicatie, vitaminen/mineralen, etc.) precies
is afgestemd op een individuele behoefte; zie Figuur 15. In de culinaire sector kan voedsel printen
wellicht korte tijd een hype worden, maar dan moet de smakelijkheid van geprint voedsel wel
aanmerkelijk verbeteren. Doorredenerend
komt men uit op interessante opties als het
maken van geïndividualiseerde medicijnen,
waarbij pillen op maat met de juiste
samenstelling worden geprint; dit in plaats
van het verstrekken van verschillende
soorten pillen.
3.3 Markten en eisen
In de genoemde markten gelden zoals hierboven geschetst verschillende eisen. Tevens zullen er
binnen een markt ook verschillen zijn per producttype of onderdeel van een applicatie. In
algemene zin zijn er drie hoofdeisen aan een productieproces of het desbetreffende product:
juiste kosten: is de applicatie concurrerend te produceren?
juiste kwaliteit: voldoet de applicatie aan de gesteld specificatie en eisen?
juiste levertijd: kan de applicatie op tijd geleverd worden?
Figuur 16 toont schematisch de balans die moet worden gevonden tussen eisen en prestatie.
Sommige voordelen, zoals vormvrijheid, kunnen leiden tot geheel nieuwe mogelijkheden,
waardoor de kosten niet moeten worden vergeleken met de huidige producten, maar met de
meerwaarde voor het verbeterde of het geheel nieuwe product. Daarnaast moet bij de afweging
tussen kosten en kwaliteit ook gekeken worden of 3D-printen besparingen in de keten kan
opleveren (‘on demand, on location’ productie). Een andere mogelijkheid is dat er bij een klant
door snelle levering meerwaarde gecreëerd kan worden, omdat bijvoorbeeld bouwprojecten of
productieplants minder lang stilliggen.
Figuur 15 - Geprinte lekkernijen tijdens de Food Inspiration
Days in Eindhoven (TNO).
31Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
ReproduceerbaarheidFunctie
OppervlakteruwheidKwaliteit
NauwkeurigheidLevertijd
Sterkte & StijfheidKostprijs
PrestatieEisen
Figuur 16 - Balans tussen eisen en prestatie.
Wat betreft de snelheid van levering kan 3D-printen ervoor zorgen dat productontwikkeling
wordt versneld (prototype tot eindproduct). Daarnaast kan ‘on demand, on location’ productie
tot kortere levertijden leiden. Echter, als levertijden van de bestaande producten erg kort zijn
(< 24 uur), doordat ze in de nabije omgeving op voorraad zijn, kan ‘on demand’-productie via
3D-printen deze eis niet halen. 3D-printen kan dan alsnog interessant zijn vanwege de kleine
series, maar er zullen dan wel strategische voorraden aangelegd dienen te worden.
3.4 Potentiële projecten
In Figuur 17 zijn de applicaties weergegeven die tijdens de workshop “Applicaties & materialen”
(Berenschot, 6 maart 2013) door verschillende partijen zijn beoordeeld op kansrijkheid. Voor twintig
product-marktcombinaties (PMC’s) is een zogeheten RRR-analyse uitgevoerd:
de mogelijke opbrengsten in de markt (Rewards);
de risico’s (Risks) voor de PMC-ontwikkeling alvorens daadwerkelijk gekwalificeerd de eindmarkt
te betreden;
de beschikbaarheid van de noodzakelijke competenties (Resources, in de figuur
vertegenwoordigd door de grootte van de bol) om zowel de producten te ontwikkelen als het
product succesvol in de markt te zetten.
32 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
1,5
2,5
3,5
4,5
2,5 3,5 4,5
Ris
ks
Rewards
Projectbeschrijving
Botvervanging en implantaten
Hybride devices, geïntegreerd mechanisch & elektronisch
Functie-integratie in enkelvoudig component/device
Manifolds en complexe nieuwe devices op basis van ontwerpvrijheid
Spare parts
Prototypen
Large surface (OLED, solar, etc.)
Functie-integratie in multi-materiaal, monolithische producten
Temperatuurbeheersing
Bruggen/kronen
Personalized interieurdelen
End-of-life onderdelen (machinebouw)
Filtersystemen
Lichtere constructies
Operatiehulpdelen (mallen)
Customized packaging chips
Smart packaging
Obsolete componenten
Juwelen
Ingrediënten/voedingsmiddelen op maat
Medisch
Medisch
Luchtvaart
Food
Luchtvaart
Alle
Bouw
Medisch
Luchtvaart
Medisch
Automotive
HTSM
HTSM
Luchtvaart
Medisch
Consumer
Food
Consumer
Consumer
Food
Automotive
Automotive
Automotive
Automotive
PV-solar
Grafisch
Automotive
Automotive
Medisch
Medisch
HTSM
Medisch
Consumer
HTSM
HTSM
HTSM
HTSM
HTSM
HTSM
HTSM
Consumer
Automotive
Marktsectoren
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2
3
18
20
18
176
49
11
16
15
19
12 57
14 1013
Figuur 17 - Rewards, Risks en Resources, bepaald voor twintig mogelijke applicaties (Berenschot, 2013).
33Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
In Bijlage 5 wordt een aantal geselecteerde projecten nader omschreven.
“���Toekomstige�manufacturing-systemen�zullen�bestaan�uit�hybride�systemen�die�
Additive�Manufacturing�combineren�met�conventionele�technieken,�zoals�pick�&�
place�voor�het�plaatsen�van�bijvoorbeeld�chips�en�optische�sensoren�tijdens�het�
bouwen.�Dit�is�de�kortste�route�naar�het�realiseren�van�intelligente�producten�met�
geïntegreerde�conditiemonitoring�en�communicatie.�Chips�en�andere�
massaproducten�zullen�we�waarschijnlijk�nooit�economisch�kunnen�printen�in�
series�van�miljoenen.“FritsFeenstraSeniorprojectmanager&trekkerPrintingResearch,TNO
InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen34
Technologieontwikkelingen4
35Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
4.1 Technologische samenhang
Het hart van 3D-printen wordt bepaald door de eigenschappen van de te verwerken materialen,
de toe te passen processen en de beschikbare designtools. Voor iedere applicatie is een optimale
keuze te maken uit het palet van mogelijke materialen met daarbij passende processen om
voorspelbaar en reproduceerbaar producten te kunnen vervaardigen. De interactie in dit deel van
de keten is cruciaal voor het succes van een product en vaak complex van aard. Keuzes zijn
afhankelijk van de eigenschappen van het product, waarbij bijvoorbeeld aantallen, complexiteit,
toepassingseisen en kostprijs belangrijke criteria zijn voor het bepalen van die keten.
Figuur 18 laat zien waar de komende tijd de uitdagingen liggen om 3D-printen een
technologische stap voorwaarts te brengen. Dit zijn tevens de uitdagingen waar de spelers in ons
ecosysteem zich op kunnen richten om nieuwe business te genereren.
Meer materialen
Meer kleuren
(Multi) Material processing
Tools
Simulatie
Software
Automatisering
Snelheid
Materialen DesignProcessen
Stabiliteit/repeatability
Nauwkeurigheid
Diagnostiek
Surface finishing
Post-processing
Building space
Automatisering
Hybride processen
Figuur 18 - Overzicht van de uitdagingen voor 3D-printen in technologische ontwikkeling van materialen, processen en
design.
4.2 Processen: overzicht
De basis van 3D-printen wordt gevormd door het te printen materiaal en het bijbehorende proces
dat het materiaal laag voor laag verwerkt tot het gewenste product. Er bestaan verschillende
processen om een product op te bouwen. Figuur 19 geeft de bekendste processen weer. Deze
processen zijn onderverdeeld in processen voor materialen in vloeibare vorm (polymerisatie) en
in vaste vorm.
Van ieder proces wordt een korte beschrijving gegeven van de state-of-the-art en op hoofdlijnen
wordt de potentie voor verdere technologieontwikkeling aangegeven.
36 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Additive Manufacturing / 3D printing Technologies
Laser Beam
Vloeibaar
Polymerisatie
Lamp Jetten
Plaat
Snijden en samenvoegen
Vast
Draad
Samensmelten
Poeder
Samensmeltenen lijmen
Vat Photo Polymerisatie
(Stereo Lithography Apparatus (SLA))
Material Jetting& Binder Jetting
(Printen op substraten)
Sheet Lamination
(Laminated Object Manufacturing (LOM))
Material Extrusion & Directed Energy Deposition
(Fused Deposition Modelling (FDM), 3D Printing)
Powder Bed Fusion
(Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM)
Figuur 19 - Overzicht van bestaande 3D-printtechnologieën (Bron: Strategic Research Agenda, AM platform, 2011; ISO /TC 261, 2013).
Vat Photo Polymerisation (Stereo Lithography Apparatus, SLA)
Bij deze techniek wordt vloeibaar materiaal (polymeren en keramiek) in een bad laag voor laag
uitgehard door een laser. Het bekendste voorbeeld is Stereo Lithography Apparatus (SLA). Dit is
een van de eerste 3D-printtechnologieën; SLA wordt al wereldwijd op diverse plaatsen
operationeel in de markt toegepast. Primair voor prototyping in de consumentenmarkt, maar ook
in automotive en defensie, en er zijn prototypetoepassingen in de markten zoals medisch/dental,
aerospace en machinebouw. Aangezien dit een wat oudere technologie betreft, heeft er al veel
technologieontwikkeling plaatsgevonden. Er zijn veel patenten aangevraagd en toegekend. Deze
technologie is relatief volwassen ten opzichte van andere technologieën. De verkoopaantallen
van SLA-machines van de belangrijkste leveranciers, zoals 3D Systems, Envisiontec en DWS,
groeien niet meer of nemen zelfs af. Hoewel de nauwkeurigheid van de techniek relatief hoog is,
kent SLA inmiddels concurrerende processen.
Material Jetting (printen op substraten)
Vloeibaar gemaakte polymeren of metalen worden door een of meerdere printkoppen (nozzles)
laag voor laag op elkaar aangebracht. Deze technologie wordt toegepast voor het printen op
substraten (2D-printen), maar kan ook worden gebruikt voor 3D-printen. Met meerdere
printkoppen zijn op eenvoudige wijze producten uit meerdere materialen op te bouwen (multi-
materiaal) en kan de verwerkingssnelheid drastisch worden verhoogd. Material Jetting is een
relatief nieuwe technologie, waaraan nog veel innovatie mogelijk is. Bekende leveranciers van
systemen voor het 3D-printen op deze wijze zijn 3D Systems, Objet (na fusie: Stratasys) en
Solidscape (onderdeel van Stratasys). De nauwkeurigheid is nog niet erg hoog, maar zal door
verdere technologieontwikkeling sterk toenemen.
Binder Jetting
Binder Jetting lijkt op Material Jetting, met het verschil dat bij Binder Jetting het vloeibare materiaal
met een nozzle laag voor laag in een bed van poedermateriaal wordt aangebracht. Doordat het
37Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
poederbed als supportstructuur fungeert, is er geen aanvullende support nodig. Deze hoeft dus
ook niet achteraf verwijderd te worden. Bekende leveranciers zijn Z Corp (onderdeel van 3D
Systems) en ExOne Company. Qua volwassenheid en mogelijke technologieontwikkeling komt dit
proces overeen met Material Jetting. Er is dus nog veel ontwikkeling mogelijk en noodzakelijk
voordat deze technologie op grote schaal kan worden toegepast.
Sheet Lamination (Laminated Object Manufacturing, LOM)
Bij Sheet Lamination, met als bekendste voorbeeld Laminated Object Manufacturing (LOM),
worden bladen laag voor uitgesneden en vervolgens op elkaar samengevoegd. Dat kunnen lagen
of folies zijn van papier, polymeren of metalen. Mcor is een bekende leverancier, van een printer
die papier op elkaar legt en uitsnijdt. Sheet Lamination-machines worden nog beperkt verkocht.
De technologieontwikkeling is tot nu tot beperkt geweest, maar er zijn diverse mogelijkheden
voor verdere ontwikkelingen.
Material Extrusion (FDM, 3DP)
Bij Material Extrusion wordt een vast materiaal, meestal een draad, gesmolten. Met deze
gesmolten substantie wordt via een nozzle laag op laag een product opgebouwd. De bekendste
voorbeelden zijn Fused Deposition Modeling (FDM) en 3D-printing. De Material Extrusion-
technologie is het meest toegepast en zodoende zijn er veel van dergelijke machines beschikbaar
in de sector. Er is van deze techniek dus een grote installed base. Met name 3D-printers (voor
thuisgebruik), die relatief goedkoop zijn, hebben daarin een groot aandeel. Ook voor prototyping
van diverse soorten applicaties wordt deze technologie gebruikt. Dat geldt in het bijzonder voor
de consumentenmarkt, waar veel eindproducten met deze technologie worden geproduceerd:
aan deze producten worden vaak alleen esthetische eisen gesteld.
Wat betreft FDM is Stratasys de bekendste leverancier. 3D-printers worden ook aangeboden door
andere grote leveranciers, zoals Objet (na fusie: Stratasys), Z Corp en Envision, maar voornamelijk
door een heel grote groep kleine leveranciers die allemaal willen meedoen in de 3D-printmarkt.
De technologie is relatief volwassen, maar kent nog veel opties voor verdere verbeteringen.
Potentie bieden vooral ontwikkelingen in machines met meerdere printkoppen (nozzles) die
tevens geschikt zijn voor meerdere materialen.
Directed Energy Deposition
Deze technologie lijkt op Material Extrusion. Het verschil is dat bij de nozzle een laser (beam)
gepositioneerd is die vast materiaal (metaalpoeder) smelt. Deze relatief duurdere systemen
worden nog in beperkte mate verkocht. Een bekende leverancier is Optomec. Dit proces heeft als
voordeel dat een combinatie van materialen (multi-materiaal) vanuit de nozzle kan worden
samengesmolten. Daarnaast stelt deze techniek de gebruiker in staat om op een bestaand product
te printen (bijvoorbeeld ten behoeve van reparatiedoeleinden). De technologie is nog niet
uitontwikkeld tot een volwassen niveau, maar zal in de komende tijd wel doorontwikkeld worden.
Powder Bed Fusion
Een laag poeder (polymeer, metaal of keramiek) wordt laag voor laag met een laser aan elkaar
gesmolten, zodat het product wordt opgebouwd. Bekende technieken die hier onder vallen zijn
Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) en Electron Beam Melting (EBM). Met
name SLS is een bekende en veel toegepaste technologie. SLM en EBM zijn sterk in ontwikkeling.
Bekende leveranciers van SLS-machines zijn Stratasys en EOS. EOS is daarnaast marktleider in
SLM-machines. EBM-machines worden primair door Arcam verkocht. De EBM-machines zijn
38 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
duurder, maar vaak sneller en minder nauwkeurig dan SLM-machines. SLS is de meest volwassen
technologie, waarbij tevens de nauwkeurigheid relatief hoog is. Voor SLM en EBM is nog veel
relevante technologieontwikkeling mogelijk om de procesperformance verder te verbeteren.
4.3 Processen: barrières en oplossingsrichtingen
Het gebied van 3D-printen kent nog de nodige uitdagingen om nieuwe printprocessen mogelijk te
maken of bestaande verder te verbeteren. Het in Figuur 18 van Paragraaf 4.1 getoonde overzicht
van relevante onderwerpen wordt hieronder verder uitgewerkt.
Snelheid
De huidige snelheden van 3D-printprocessen moeten verder worden verhoogd om een hogere
integrale productdoorloopsnelheid te bereiken. Hiermee gepaard gaat een lager kostprijsniveau.
Lagere kosten en kortere doorlooptijden zijn noodzakelijk om het palet van geschikte applicaties
verder te vergroten.
Mogelijke oplossingsrichtingen:
Nieuwe machines ontwikkelen met enerzijds een detail-printkop voor nauwkeurige details, en
anderzijds een grovere printkop voor grote oppervlakken.
Meerdere laserbronnen parallel per machine integreren.
Hogere laserintensiteit gebruiken voor sneller materiaalproces.
Stabiliteit en reproduceerbaarheid
Het is absoluut noodzakelijk om producten met een hoge mate van voorspelbaarheid en
reproduceerbaarheid te kunnen maken. De prestatie van de huidige processen blijkt niet altijd
stabiel in dit opzicht. Vaak zijn er nog afwijkingen in de geometrie (nauwkeurigheden in
maatvoering en vorm) en eigenschappen (materiaalzuiverheden) van het beoogde product.
Uitdagingen:
Het ontwikkelen van meer (fundamentele) kennis betreffende de interactie van materialen en
processen en de invloed op de performance van het eindproduct.
Het definiëren van de huidige toepasbaarheid van polymeren en keramiek, waardoor producten
niet meer nakrimpen en minder snel verouderen.
Het mogelijk maken van real-time terugkoppeling van de producteigenschappen tijdens het
3D-printen.
Het delen van ‘open source’-proceskennis en verdere standaardisatie doorvoeren.
Nauwkeurigheid
De nu haalbare procesprestatie resulteert in nauwkeurigheden en toleranties die voor veel
applicaties nog niet voldoende zijn. Er moet een balans worden gevonden tussen nauwkeurigheid
en snelheid (kosten). Dit neemt niet weg dat de nauwkeurigheden verder moeten worden
aangescherpt, om zodoende een groter palet aan producten te kunnen fabriceren.
Uitdagingen:
Het combineren van 3D-printen met plaatselijk conventionele nabewerking voor met name
kritische oppervlakken.
Onderzoek naar de effecten van afwijkingen in vorm- en plaatstoleranties zoals bij EBM en SLM parts.
De ontwikkeling van high-power ultrasonic consolidation processen om metalen nauwkeuriger
aan elkaar te smelten.
De ontwikkeling van materialen en processen om atoom op atoom te stapelen (nano).
39Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Meer gebruik maken van mechatronica-expertise voor precisie-equipment.
Met femtodruppels prints opbouwen.
Het toepassen van extruders met variabele diktes (FDM).
Variabele laagdiktes in één build produceren (SLS).
Diagnostiek
De huidige eisen aan de productperformance worden vaak niet gehaald door een beperkte
beschikbaarheid van de juiste diagnostiek.
Uitdagingen:
Meer feed-forward control met sensoriek toepassen tijdens de uitvoering van het proces, met
directe feedback naar procesparameters (gebaseerd op fundamentele kennis).
In-line (real-time), on-the-fly procesbesturingssystemen ontwikkelen (monitoring en feedback),
voor bijvoorbeeld thermische effecten, laservermogen en (controle van) het oppervlak.
Nieuwe sensoren ontwikkelen en toepassen die foutloos kunnen meten in de printkamer
(build chamber).
Controlesystemen ontwikkelen voor non-destructieve analyse, kwaliteitscontrole en monitoring
van de reproduceerbaarheid, gekoppeld aan de optimalisatie van het te produceren onderdeel.
Surface finishing
De huidige processen resulteren vaak in een te grof oppervlak, dat niet voldoet aan de
nauwkeurig-heidseisen, waardoor een extra stap surface finishing noodzakelijk wordt. Dit is een
kostbare (tijdsintensieve) extra processtap, die geëlimineerd zou moeten worden. De huidige
surface finishing-processen zijn kostenverhogend en worden meestal handmatig uitgevoerd, in de
vorm van bijvoorbeeld frezen, beitsen, schuren of coaten.
Uitdagingen:
Nieuwe oppervlaktebehandelingen ontwikkelen voor verbetering van de printkwaliteit (2D- en
2,5D-printen).
Ontwikkelen van nieuwe printbare oppervlaktestructuren die oneffenheden camoufleren.
Oppervlakteruwheid verbeteren (nasmelten) voor SLM of op een andere manier in-line een
oplossing ontwikkelen.
Post-processing
In het verlengde van surface finishing ligt het zogeheten post-processing, waarbij aanwezige
onnauwkeurigheden aan het product moeten worden gecorrigeerd, niet alleen aan het oppervlak
maar ook aan de vorm.
Mogelijke oplossingsrichtingen:
Nauwkeuriger printen (met veel minder spanning in het materiaal), hetgeen nabewerkingen zal
elimineren.
Integrale geautomatiseerde oplossing voor nabewerken (bijvoorbeeld met triltrommels).
Minder supportstructuren gebruiken en wellicht zonder support kunnen produceren, of de
support gemakkelijk kunnen verwijderen.
Automatisering van het schoonmaken (blowing) van het product, een oppervlaktekwaliteitscheck
en daarna het aanbrengen van verflagen.
Building space
De huidige building space van de bestaande processen is niet toereikend voor grotere afmetingen
van de te printen onderdelen. Een grotere building space kan worden benut om een enkel groter
onderdeel te printen van bijvoorbeeld enkele kubieke meters inhoud, of om meerdere producten
40 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
parallel/sequentieel te printen binnen dezelfde building space. Dit leidt tot lagere kosten en
grotere homogeniteit in de productkwaliteit.
Mogelijke oplossingen:
Machine ontwikkelen met zeer grote building space voor grote onderdelen en bijvoorbeeld
binnen een grote bouwruimte meerdere printkoppen/laserspots simultaan gebruiken.
Van batch- naar flowproces gaan om grotere producten te maken, met als uitdaging het behoud
van snelheid van het proces.
Automatisering
Door (meer) automatisering van het integrale ketenproces worden minder handmatige activiteiten
(met name voor post-processing-activiteiten) vereist, waardoor de kwaliteit toeneemt en de kosten
en doorlooptijd afnemen. Ook de reproduceerbaarheid en voorspelbaarheid nemen toe.
Mogelijke oplossing:
Leren van beschikbare automatisering voor andere productietechnieken, zoals in semicon,
automotive en materiaalproductie.
Hybride processen
Het wordt steeds belangrijker om functies in producten te integreren. Dat kan met name door
het toepassen van hybride maakprocessen, waarbij verschillende geprinte onderdelen tot de
gewenste samenstelling kunnen worden vervaardigd.
Mogelijke oplossing:
Ontwikkelen van nieuwe hybride processen op basis van bestaande pick & place-technologie in
combinatie met assemblageprocessen uit de elektronica- en halfgeleiderindustrie. Hierbij moeten
materiaalkennis en de ontwikkeling richting hybride toepasbaarheid verder worden onderzocht.
4.4 Materialen
Er kunnen steeds meer materialen worden geprint, met verschillende processen. Tabel 1 geeft
een overzicht (in Bijlage 4 zijn de specifieke materialen in detail aangegeven).
Tabel 1-Matrixmaterialenentechnieken(Bron:TNO,2013).
Voorbeelden van materialen
Vat
Pho
to
Poly
mer
isat
ion
(SLA
)
Met
al Je
ttin
g
Bind
er Je
ttin
g
Pow
der
Bed
Fusi
on
(SLS
, SLM
)
Mat
eria
l Ext
rusi
on
(FD
M)
Dir
ecte
d En
ergy
D
epos
itio
n
Shee
t L
amin
atio
n(L
OM
)
Polymeren (thermoharders)
Epoxy, acrylaat
Polymeren (thermoplastisch)
PA, ABS, PPSF
Metalen Staal, titanium, kobalt, legeringen
Pulp Papier
Keramiek (industrieel)
Alumina, zirconia, siliconen
Keramiek (structureel)
Cement, zand
41Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
4.5 Materialen: barrières en oplossingsrichtingen
Het uitgangspunt bij 3D-printen blijft de interactie tussen materiaalsoorten en dus de specifieke
materiaaleigenschappen en de daarbij te gebruiken processen. Om de vrijheid in 3D-printen
verder te kunnen vergroten, is er behoefte aan een grotere variatie aan materialen, meer kleuren
in materialen en het gebruik van meerdere soorten materialen in een enkel product. Daar horen
onderstaande uitdagingen bij.
Meer materialen
De huidige beschikbare materialen genereren niet altijd de benodigde performance van het
product, zoals de specifieke producteigenschappen, de oppervlaktegesteldheid, de
nauwkeurigheden en bijvoorbeeld de sterkte en stijfheid van de constructie. Daarnaast is er het
streven naar significant goedkopere materialen.
Uitdagingen:
Bestaande materialen doorontwikkelen (modificaties) om reproduceerbaarheid en specificaties
van de materialen te verbeteren (nieuwe materialen zijn vaak nog te kostbaar).
Polymeren doorontwikkelen, onder meer acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) voor meer
processen, en typen polyamide (PA) en polyethyleen (PE) voor 3D-processen geschikt maken.
Ontwikkelen van een polymeer met een goede mechanische belastbaarheid (eventueel door
middel van glasvulling) en van composietmaterialen.
Metalen: verder ontwikkelen van breuk- en scheurvrije nikkellegeringen, titanium-aluminium-
legeringen en koper-performance verbeteren in combinatie met het proces. Tevens meer
metaallegeringen ontwikkelen die voldoen aan de strenge eisen van aerospace en automotive,
zoals HDT (hogere elongatie).
Nanomaterialen: verder onderzoeken op toepasbaarheid voor 3D-printen.
Biomedische materialen verder ontwikkelen. Bijvoorbeeld porositeit als eigenschap gebruiken en
composiet-biomateriaalcombinaties verder ontwikkelen.
Keramische materialen: verder ontwikkelen van onder meer siliciumcarbide, zirkonium en
aluminiumoxide.
Hybride materialen en onderlinge combineerbaarheid ontwikkelen.
Duurzame materialen door betere recyclebaarheid (denk aan biopolymeren) en niet-toxisch
materiaal.
Meer kleuren
De huidige beschikbare variatie aan materiaalkleuren is niet toereikend voor alle mogelijke
productopties en voldoet dus niet aan klantspecifieke eisen, of deze eisen zijn alleen te realiseren
in combinatie met (dure) nabehandelingen.
Uitdagingen:
Meer onderzoek naar oppervlaktebehandelingen (in kleur).
Onderzoek naar het kleuren van bestaande uitgangsmaterialen.
Verschillende kleuren door elkaar in één build (SLS/SLM).
Multi-materiaalprocessing
Verschillende materialen simultaan processen geeft nieuwe mogelijkheden in productspecificaties.
Momenteel is er een beperkt aantal hybride multi-materiaalmogelijkheden beschikbaar. Deze zijn
sterk afhankelijk van de samen te stellen processen. Verschillende materialen gecombineerd met
verschillende processen geven de nodige uitdagingen om multi-materiaalprocessing op het juiste
kwaliteitsniveau te krijgen:
42 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Algemeen een beter (fundamenteel) begrip krijgen van de voorspelbaarheid van de performance van
gecombineerde materialen in combinatie met het proces, door kennis van microstructuurevolutie
(materiaalgedrag) en van materiaaleigenschappen tijdens het processen.
Simpele en effectieve hardware en software om multi-materiaal te gebruiken (bijvoorbeeld SLS met
multi-materiaalpoeders).
Ontwikkeling van materialen en processen om atoom op atoom te stapelen (nano).
Inzetten op Bio-AM (BAM) processen om bijvoorbeeld scaffolds en cellen te printen voor in het
lichaam.
Ontwikkelen van ‘customized heat treatment’ met variabele temperaturen die afhankelijk zijn van
materialen en producteisen (met name voor metalen).
Metalen coating in-line aanbrengen.
Multi-materiaaljetting in metaal.
FDM in metaal.
Organisatorisch: ‘open source’-beschikbaarheid van materiaalprocessing.
Hergebruik van (support)materiaal.
4.6 Design: toepassingsgebied
De scope voor 3D-geprinte componenten en applicaties wordt bepaald door zowel de technologische
uitvoeringsmogelijkheden als de economische haalbaarheid; zie Figuur 20. Hierdoor ligt het
toepassingsgebied voor 3D-printen met name op de lagere aantallen in combinatie met hogere
productcomplexiteit en een grote mix aan productvariëteit. De lagere aantallen worden met name
bepaald door de economische afweging om vanaf een zeker aantal te reproduceren producten
specifi eke tools en mallen te ontwikkelen en te gebruiken in het productieproces. Complexe applicaties
kunnen ook in hogere volumes uitstekend concurrerend worden gefabriceerd, in het bijzonder wanneer
het ontwerp met conventionele processen niet realiseerbaar is.
Laag productievolume
Hoge product-complexiteit
Grote productvariatie
Figuur 20 - Scope van 3D-printen.
Met name op het gebied van hogere complexiteit moeten geschikte ontwerptools worden
ontwikkeld, ook met het oog op de toenemende productvariatie. Er is behoefte aan nieuwe
ontwerpregels met dito simulatiemogelijkheden en een directe koppeling met fabricagesoftware.
43Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
4.7 Design: barrières en oplossingsrichtingen
Designtools
Ontwikkeling van de juiste designtools maakt het uiteindelijk mogelijk om een optimaal design te
realiseren. Dit vergt een exacte afstemming van de interactie tussen materiaalsoorten en dus de
materiaaleigenschappen, de processpecificaties en de designtools, zodanig dat voorspelbaar en
reproduceerbaar een product kan worden vervaardigd.
Uitdagingen:
Topologie-optimalisatie voor mechanische, thermische en dynamische eigenschappen, specifiek
voor complexe componenten met hoge eisen.
Designregels voor het verwijderen van supportmateriaal, met name in metaalproducten.
Knowledge-based tools voor design van features en eigenschappen (hitte-uitwisseling, interne
koeling).
Ecologische prestatie moet eenvoudig uit te rekenen zijn: LCA (Life Cycle Analysis).
3D-printing-ontwerpregels of -richtlijnen voor verschillende industrieën (medisch, automotive,
aerospace).
Organisatorisch: best practices voor ontwerpregels breder verspreiden (open source), onder meer
over hoe benefits te behalen zijn op eigenschappen als lichtgewicht, vormvrijheid, efficiënte
koeling en holle delen met sterktestructuren.
Simulatie
Door het simuleren van de werking van de applicatie in ontwikkeling kan een optimaal design
worden gemaakt. Hierbij moeten zowel functionele als kostenparameters worden betrokken.
Uitdagingen:
Simulatie van het 3D-printproces geeft inzicht in thermische spanningen in het product, waarbij
mogelijk met automatisch finetunen van het design de kwaliteit kan worden geoptimaliseerd.
Simulatie van het 3D-printproces voorkomt mislukte producten (spanningen) en daardoor
worden de uiteindelijke kosten lager.
Software
De huidige tools vereisen veel aandacht en inzet van de ontwikkelaars en daardoor ontstaan
hoge kosten in het aanlooptraject. Het vereenvoudigen en derhalve ook functioneel uitbreiden
van de ontwikkelsoftware levert tijdwinst, minder afval en dus lagere kosten op.
Uitdagingen:
Adoptie van AMF-standaard in plaats van STL als bestandstype.
FEM optimaliseren voor 3D-printen.
CAD-software is nu te beperkt om complexe multi-materiaalstructuren te modelleren.
Process-structure-property-relaties in CAD/CAE/CAM (modellering van relaties tussen
procesvariabelen, materiaalsamenstelling en microstructuren, geometrische constructies en
effectieve mechanische eigenschappen).
Softwaretool om maakbaarheid en printstrategie te optimaliseren.
Automatisering
Wanneer een product nagemaakt of ontwikkeld wordt, vereist dit specifieke kennis en dus veel
engineeringsuren tegen hoge kosten. Daarnaast is de toegankelijkheid van 3D-printsystemen en
ontwerptools voor ontwikkelaars nog matig. Een mogelijke oplossing is om tools beschikbaar te
stellen (online) die de consument en de ontwikkelaar in staat stellen met minimale effort eigen
ontwerpen te genereren.
44 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
4.8 Barrières slechten om adoptie 3D-printen te versnellen
Naast technologische uitdagingen op het gebied van materiaalontwikkeling, procesontwikkeling en
de nieuwe geavanceerde designtools, zijn er verschillende integrale barrières aan te wijzen van
niet-technologische aard. Hier liggen uitdagingen om het invoeringsproces van 3D-printen verder te
versnellen. Belangrijke niet-technologische uitdagingen zijn in Figuur 21 aangegeven.
Kosten
Materialen DesignProcessen
Standaarden & Integratie
Businessmodellen
Educatie
Figuur 21 - Overzicht van niet-technologische uitdagingen.
Kosten
De algehele ketenkosten worden met name veroorzaakt door de huidige kosten voor de materialen
en processen die nog lang niet tot een volwassen niveau zijn doorontwikkeld. De huidige veelvuldig
toegepaste materialen zijn met name gebaseerd op kunststoffen. Deze groep materialen heeft een
acceptabel kostprijsniveau bereikt, maar zal daarin zeker nog een slag moeten en kunnen maken.
Nieuwe printbare materiaalsoorten zoals metalen, keramieken, polymeren en biomaterialen zullen
vooralsnog in kosten moeten dalen, om daarmee economisch relevante producten te kunnen maken.
Uitdagingen:
Productievolumes moeten worden verhoogd, waardoor materiaalkosten omlaag kunnen gaan.
Hergebruikpercentage van restmateriaal verbeteren.
Organisatorisch een open systeem opzetten van materiaalleveranciers die niet gekoppeld zijn aan
een specifi eke machine.
Direct vanuit erts metaalpoeder winnen.
Nieuwe materiaalontwikkelingen initiëren speciaal vanuit de toepasbaarheid van 3D-printen.
Op het gebied van proceskosten zijn de nodige kostprijsreducties te realiseren. Momenteel is de
factor arbeid nog veel te groot, met name door de noodzakelijke post-processing, surface fi nishing
en kwaliteitscontrole. Er is behoefte om kosten te reduceren door snellere processen te realiseren en
effi ciëntere en beter op elkaar afgestemde automatisering.
Uitdagingen:
Simpelere, goedkopere machines ontwikkelen (redesign machines).
Totale proces optimaliseren inclusief ontwerp en nabehandeling.
Automatiseren van deelprocessen.
Toepassen hybride procesfl ow (‘best of all worlds’ benutten).
45Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Leren van andere productietechnieken (value added manufacturing) en daarbij het vereiste
vakmanschap verminderen.
Kortere set-uptijden realiseren.
Aparte procesmachines ontwikkelen voor producten met lagere eisen, bijvoorbeeld ten aanzien
van oppervlaktekwaliteit.
Operators instrueren voor het totale proces (zoals nu de trend bij CNC).
Focusseren op processen die materialen positioneren (FDM, 3D-printen).
Processen zonder afvalmateriaal ontwikkelen.
Daarnaast moet het tijdsverbruik in de keten verder worden beperkt en geoptimaliseerd. De huidige
stand van zaken vraagt om veel engineeringsuren (hoge kosten).
Uitdagingen:
Ontwikkelen van designtools.
Ontwikkelen van de juiste simulatiesoftware.
Standaarden & Integratie
Zonder standaarden en ketenintegratie wordt er niet optimaal op een routinematige wijze
geproduceerd. Dat leidt tot variaties in productprestatie en -kwaliteit. Zonder standaardisatie zijn
veel organisaties zelf het wiel aan het uitvinden, waardoor ze onnodig veel kosten maken om een
acceptabel kwaliteitsniveau te realiseren.
Uitdagingen:
Standaardisatie is gewenst (VDI, ASTM, ISO zijn al begonnen) voor met name product-, proces- en
materiaalcertificatie en processtandaarden (machinekalibratie, closed-loop procesbesturing,
monitoring en feedback).
Specifieke certificatie van materialen is gewenst, in analogie met de FDA-certificering (voeding en
medicijnen).
Ontwikkelen van een Total Quality Management systeem (vanuit ontwikkelde standaarden) om
kwaliteit in de hele keten te meten en bij te sturen.
Ontwikkeling van database om materialen voor 3D-printen gemakkelijk te kunnen selecteren,
inclusief de bijbehorende eigenschappen in combinatie met verschillende processen, veiligheid en
milieu-impact.
Businessmodellen
Nieuwe businessmodellen (bijvoorbeeld ‘on demand, on location’-productie) moeten ontwikkeld
en geïmplementeerd worden. Ook hier gaan nog de nodige investeringen aan vooraf.
Uitdagingen:
Ontwikkeling van cost modeling software om 3D-printen eenvoudig met andere
productiemethoden te kunnen vergelijken (inclusief impact op de hele keten).
Model om eenvoudig weer te geven wat de kansen voor 3D-printen zijn en de impact op de hele
keten goed te analyseren.
Educatie
De kennis en ervaring van veel engineers is op het gebied van 3D-printen nog te beperkt.
Daardoor worden ontwerpmogelijkheden niet ten volle benut. 3D-printen maakt nieuwe
producten mogelijk die met conventionele productiemethoden niet gemaakt kunnen worden. Zo
zijn complexe, samengestelde producten voortaan uit slechts één onderdeel te maken, denk aan
het vervaardigen van complexe kanaaltjes voor vloeistof of lucht.
46 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Uitdagingen:
Integreren van ‘Design for 3D-printing’ in alle relevante MBO-, HBO- en universitaire studies.
Verder ontwikkelen van trainingen voor engineers die al werkzaam zijn.
Opzetten van demonstratie- en experimenteerruimten voor 3D-printen.
4.9 Potentiële projecten
Figuur 22 geeft een overzicht van projecten die tijdens de workshop “Design, processen & materialen”
(Berenschot, 8 maart 2013) zijn beoordeeld op de mate van kansrijkheid. Voor 22 product-
marktcombinaties is een RRR-analyse (Rewards, Risks, Resources) gemaakt; zie ook Paragraaf 3.4.
1,5
2,5
3,5
4,5
2,5 3,5 4,5
Ris
ks
Rewards
Projectbeschrijving
Simulatie van AM-proces voor inzicht in thermische spanningen. Mogelijk automatisch finetunen van design voor AM-processing.
Integratie van 3D- en 2D-printprocessen (bijv. geleidende vlakken/sporen) in een 3D-object.
Nanomaterialen-onderzoek evalueren op AM-toepasbaarheid.
Softwaretool om maakbaarheid en printstrategie te optimaliseren.
In het onderwijs kennis over 2D- en 3D-printen integreren.
Meer interactie en kennisuitwisseling tussen 3D-service- en ontwerp-bureaus en de (print)industrie over de mogelijkheden van 3D-printen.
Best practices voor ontwerpregels (bijvoorbeeld verwijderen supportmateriaal) breder verspreiden.
Bestaande materialen doorontwikkelen om reproduceerbaarheid en specificaties te verbeteren.
Multi-material jetting in metaal.
Expertise per segment van product in transparante samenwerkingsvormen.
Direct poeder uit erts maken (incl. recycling).
Topologie-optimalisatie voor mechanische, thermische en dynamische eigenschappen.
Functievergroting vereist materiaaleigenschappen, zoals betere hechting, microcorrosie.
Nauwkeuriger printen (met veel minder spanning in het materiaal) elimineert nabewerkingen.
Materiaalkosten plus machinekosten concurrerend houden/maken voor nieuwe toepassingen.
Totale proces optimaliseren: kwaliteit, snelheid, stabiliteit en standaarden (incl. ontwerp en nabehandeling).
FDM of stereolithografie in metaal?
Machine met een detail-printkop voor nauwkeurige details, en grotere ‘grove’ kop voor grote oppervlakken.
Combinatie machine 3D + pick & place: componenten in hybride AM-product integreren tijdens proces.
AMT & connectivity (RF).
Andere disciplines (materiaalkunde, mechatronica, productie-automatisering) vanuit 3D-printperspectief.
Leren van beschikbare automatisering in andere productietechnieken.
Goedkoper en betere performance door software die taken van de engineer overneemt.
Meer toepassingen die grote marktpotentie hebben.
Verbeteren materiaal en daarmee performance eindproduct.
Goedkoper en betere performance door software die taken engineer overneemt.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Delen kennis om betere (performance) producten te realiseren en meer toepassingen.
Verbeteren materiaal en daarmee performance eindproduct.
Goedkoper en betere performance van eindproducten die uit machine komen.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Goedkopere materialen.
Goedkopere en betere performance door support voor engineer (complexe componenten).
Ontwikkeling materialen voor verbetering performance (functionele onderdelen).
Goedkopere (geen nabewerking) en betere performance (nauwkeuriger).
Vraag naar lagere materiaal- en machinekosten.
Goedkoper en betere performance door integrale optimalisatie van het proces.
Meer toepassingen.
Sneller, goedkoper en nauwkeurig printen in een machine.
Meer concurrerende toepassingen voor (complexe) producten.
Meer concurrerende toepassingen voor (complexe) producten.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Opbrengsten/potentie
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
12
6
4
5
710
1618
21
20
19
317
15 12
8
22
1413
911
47Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
1,5
2,5
3,5
4,5
2,5 3,5 4,5
Ris
ks
Rewards
Projectbeschrijving
Simulatie van AM-proces voor inzicht in thermische spanningen. Mogelijk automatisch finetunen van design voor AM-processing.
Integratie van 3D- en 2D-printprocessen (bijv. geleidende vlakken/sporen) in een 3D-object.
Nanomaterialen-onderzoek evalueren op AM-toepasbaarheid.
Softwaretool om maakbaarheid en printstrategie te optimaliseren.
In het onderwijs kennis over 2D- en 3D-printen integreren.
Meer interactie en kennisuitwisseling tussen 3D-service- en ontwerp-bureaus en de (print)industrie over de mogelijkheden van 3D-printen.
Best practices voor ontwerpregels (bijvoorbeeld verwijderen supportmateriaal) breder verspreiden.
Bestaande materialen doorontwikkelen om reproduceerbaarheid en specificaties te verbeteren.
Multi-material jetting in metaal.
Expertise per segment van product in transparante samenwerkingsvormen.
Direct poeder uit erts maken (incl. recycling).
Topologie-optimalisatie voor mechanische, thermische en dynamische eigenschappen.
Functievergroting vereist materiaaleigenschappen, zoals betere hechting, microcorrosie.
Nauwkeuriger printen (met veel minder spanning in het materiaal) elimineert nabewerkingen.
Materiaalkosten plus machinekosten concurrerend houden/maken voor nieuwe toepassingen.
Totale proces optimaliseren: kwaliteit, snelheid, stabiliteit en standaarden (incl. ontwerp en nabehandeling).
FDM of stereolithografie in metaal?
Machine met een detail-printkop voor nauwkeurige details, en grotere ‘grove’ kop voor grote oppervlakken.
Combinatie machine 3D + pick & place: componenten in hybride AM-product integreren tijdens proces.
AMT & connectivity (RF).
Andere disciplines (materiaalkunde, mechatronica, productie-automatisering) vanuit 3D-printperspectief.
Leren van beschikbare automatisering in andere productietechnieken.
Goedkoper en betere performance door software die taken van de engineer overneemt.
Meer toepassingen die grote marktpotentie hebben.
Verbeteren materiaal en daarmee performance eindproduct.
Goedkoper en betere performance door software die taken engineer overneemt.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Delen kennis om betere (performance) producten te realiseren en meer toepassingen.
Verbeteren materiaal en daarmee performance eindproduct.
Goedkoper en betere performance van eindproducten die uit machine komen.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Goedkopere materialen.
Goedkopere en betere performance door support voor engineer (complexe componenten).
Ontwikkeling materialen voor verbetering performance (functionele onderdelen).
Goedkopere (geen nabewerking) en betere performance (nauwkeuriger).
Vraag naar lagere materiaal- en machinekosten.
Goedkoper en betere performance door integrale optimalisatie van het proces.
Meer toepassingen.
Sneller, goedkoper en nauwkeurig printen in een machine.
Meer concurrerende toepassingen voor (complexe) producten.
Meer concurrerende toepassingen voor (complexe) producten.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Verbeteren kennis over printen, zodat meer toepassingen ontstaan.
Opbrengsten/potentie
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
12
6
4
5
710
1618
21
20
19
317
15 12
8
22
1413
911
Figuur 22 - Rewards, Risks en Resources, bepaald voor 22 mogelijke projecten rond design, processen & materialen
(Berenschot, 2013).
In Bijlage 5 worden enkele geselecteerde projecten nader omschreven.
“���Additive�Manufacturing�van�metalen�componenten�is�voor�ons�als�ontwikkelende�en�
makende�systeemtoeleverancier�in�de�high-tech�industrie�een�excellente�aanvulling�
op�onze�merendeels�abrasieve�maaktechnologieën.�Deze�nieuwkomer�is�meer�dan�
een�evolutie.�Het�is�een�revolutie�die�tegelijkertijd�ook�geen�verdringer�is�van�de�
abrasieve�technologieën,�maar�een�zeer�welkome�aanvulling�daarop.�Het�opent�ook�
in�het�domein�van�product/systeemontwikkeling�nieuwe�ontwerpvrijheden.�
Tegelijkertijd�is�het�een�technologie�die�nog�verder�naar�volwassenheid�moet�groeien.�
Daarbij�zijn�cyclustijden�en�slimme�integratie�met�bestaande�abrasieve�technologieën�
key�issue.“EricHezemansManagingdirectorNTSSystemsDevelopment,NTS-Group
48 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Ecosysteem5
48 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
5.1 Ecosystemen in de wereld
3D-printen is een opkomende technologie. Er is daarom momenteel nog geen expliciet ecosysteem
aan te wijzen, zoals Silicon Valley dat wel is voor de halfgeleiderindustrie. Echter, er zijn wereldwijd
sterk groeiende bedrijven en kennisinstellingen/universiteiten die zich bezighouden met 3D-printen.
Per land zijn de bekendste spelers in kaart gebracht (zie Figuur 23).
Verenigde Staten
3D Systems (machines en services)
Stratasys (machines en services, Redeye)
Z Corp (machines, overgenomen door 3D Systems)
Solidscape (machines, overgenomen door Stratasys)
DSM Somos (materiaal en services)
University of LouisvilleRapid Prototyping Centre
Georgia Tech Rapid Prototyping and Manufacturing Institute
Michigan State University Rapid Prototyping Research laboratory
Milwaukee School of Engineering - Rapid Prototyping Centre
Europe
Groot-Brittannië
Loughborough University Rapid Manufacturing Consortium
University of Nottingham Institute for Materials Technology
Cambridge (jetting)
University of Leeds
Nederland
Shapeways (applicaties)
FOC (applicaties)
TNO
België
Materialise (service)
LayerWise (service)
Melotte (service)
Sirris
KU Leuven
IMEC
Zweden
Arcam (machines)
Finland
Aalto University
Duitsland
EOS (machines)
Envisiontec (machines)
Evonik (materiaal)
Fraunhofer (ILT, IPA)
DMRC
Japan
ARRK (service)
China
Beijing Tiertime (machines)
Meerdere servicebedrijven
Azië
Israël
Objet (machines, fusie met Stratasys)
Legenda
Land
Bedrijven
Kennisinstellingen / universiteiten
Aantal machines
Europa
Aantal machines
VS40%
29%
Aantal machines
Azië
26%
Aantal machinesRest van de wereld
5%
Figuur 23 - Overzicht van belangrijke spelers in de ontwikkeling van 3D-printen (Bron: Expertmeeting, Wohlers (2012),
teamanalyse, aanpassing en bewerking Berenschot).
49
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
De Verenigde Staten zijn een dominante speler, met name vanuit het aansprekende potentieel aan
bedrijven (zie Figuur 24). 3D Systems en Stratasys zijn de twee grootste OEM-bedrijven en ze
groeien verder, met name door veel overnames te doen van onder meer service providers. Naast
vooraanstaande bedrijven zijn er ook universiteiten en kennisinstituten met 3D-printen bezig,
waardoor inmiddels een aansprekende patentportefeuille is opgebouwd.
Europa kent één grote OEM’er, EOS. Daarnaast zijn er grote service providers, zoals Materialise.
Europa is sterk vertegenwoordigd qua kennisniveau en beschikt wereldwijd over de meeste
patenten, met name vanuit het Verenigd Koninkrijk en Duitsland, maar ook Frankrijk, België, Italië,
Spanje en Portugal.
Azië is sterk aan het groeien. Japan is van oudsher sterk in de (high-tech) maakindustrie, maar de
groei is nu met name zichtbaar in China. Dat geldt voor zowel de machinebouwers als de service
providers. India beschikt over een beperkt aantal printmachines, maar zal de komende tijd groei
gaan vertonen, zeker in combinatie met de sterke ICT-positie.
In Israël is het sterke bedrijf Objet (gefuseerd met Stratasys) gevestigd. Daarnaast is er gedegen
kennisontwikkeling en startende industrie in Zuid-Afrika, Australië, Nieuw-Zeeland en Brazilië.
12,9% - Other
1,3% - Russia
1,5% - Taiwan
8,6% - China
2,2% - Korea
10,2% - Japan
1,4% - Spain
38,3% - United States (U.S.)
1,3% - Turkey
1,9% - Canada
9,3% - Germany
3,0% - France
4,4% - UK
3,9% - Italy
Figuur 24 - Aandeel van landen in de 3D-printbusiness (Bron: Wohlers).
5.2 (Zuid-)Nederland
Figuur 25 bevat een SWOT-analyse van het ecosysteem (Zuid-)Nederland. Dat betreft Noord-
Brabant, Zeeland en Limburg, maar ook aanpalende gebieden in Nederland richting de Technische
Universiteit Delft en de omgeving van Universiteit Twente. Duitsland (Aken) en België (Leuven)
behoeven speciale aandacht. Met name in de samenwerking met deze ecosystemen worden er
meer kansen voor de sector gecreëerd.
50
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Sterktes Kansen
Sterke wereldwijde positie in meerdere maaktechnologieën, machinebouw en design (mechatronica, optica, lithografie, printing en embedded software).
Sterk high-tech cluster in Zuid-Nederland, zowel OEM’ers als toeleverketen.
Beschikbaarheid van (gezamenlijke) 3D-metaalprint-faciliteiten en samenwerking van high-tech toeleverketen rond faciliteiten.
Aanwezigheid van materiaalkennis (DSM, TenCate).
Creatieve industrie, zowel rond Eindhoven als in Amsterdam, Arnhem en Utrecht.
Kennisinstellingen zoals TNO, TU/e, Fontys en Holst Centre, en ook samenwerking met Duitsland en België.
Aanwezigheid van productontwikkelaars in luchtvaart, automotive, machinebouw, medische devices.
Kansen voor toeleverketen aan markten in de regio: machine- en apparatenbouw, medisch, electronics, automotive, aerospace, consumenten (lifestyle & fashion).
Veel sterke potentiële eindgebruikers in high-tech sector/Brainport Industries (Océ, ASML, Philips, VDL, FEI, Stork (SPG)).
Start van OEM-initiatieven voor geïntegreerde industriële 3D-metaalprintsystemen gebaseerd op aanwezige kennis en kunde in ecosysteem.
Kansen op langere termijn in andere sectoren waar Nederland sterk is: offshore, energie, proces-industrie, food.
Samenwerking tussen (top)sectoren, verbinding met ecosystemen in België en Duitsland.
Zwaktes Bedreigingen
Beperkte toeleverketen, zowel voor design en engineering als van parts-leveranciers en productiebedrijven, softwareleveranciers en consultancy.
Nog slechts beperkte OEM-capaciteit in Nederland aanwezig.
Beperkte aandacht voor 3D-printen in onderzoek en onderwijs aan universiteiten (TU’s).
Samenwerking op Europees niveau rond 3D-printen is nog erg beperkt.
Te lage investeringssnelheid in nieuwe 3D-print-technologie en daardoor achterstandspositie oplopen ten opzichte van de concurrentie.
Ontwikkelingen in VS en Azië gaan sneller en worden financieel beter ondersteund; dit geldt ook voor preventieve overnames door monopolistische spelers.
Huidige achterstand ten opzichte van buitenlandse ecosystemen in marktomvang en aantallen bedrijven.
Figuur 25 - Samenvatting van de SWOT-analyse voor het ecosysteem (Zuid-)Nederland.
51
“���Additive�Manufacturing�van�functionele�metaaldelen�voor�toepassingen�in�de�
high-tech�industrie�zal�substantieel�groeien�wanneer�‘Design�for�AM’�samenkomt�
met�verbeterde�en�geïntegreerde�industriële�3D-printing�equipment.�Brainport�
Industries,�het�AddLab-partnership�en�Additive�Industries�bundelen�hun�krachten�
om�de�nieuwe�hot�spot�voor�industriële�3D-metaalprinting�te�creëren.“DaanA.J.KerstenCEO,AdditiveIndustries
52 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Printen op substraten6
52 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
53Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
6.1 Inleiding
Het printen van materialen op substraten heet ook wel 2D- of 2,5D-printen. Hierbij wordt geen
3D-model geproduceerd, maar worden één of meerdere lagen op een substraat (meestal een
plaat) aangebracht. Dit gebeurt met nauwkeurig gepositioneerde nozzles in een printkop die zeer
precies (vloeibare) lagen kunnen positioneren (jetten). Deze technologie, die is ontwikkeld om
inkt te jetten (principe: inkjetprinters), kan voor steeds meer materialen worden benut. Dit betreft
in het bijzonder verschillende soorten metalen, maar ook andere printbare materialen zoals
keramieken en alternatieve kunststoffen en biomaterialen.
Voordelen van printen op substraten zijn:
efficiënter gebruik van materialen (additief proces);
contactloos materiaal positioneren zonder masker;
tot op de micronschaal positioneerbaar (< 20 micron);
vormvrijheid voor het printen van complexe patronen.
Het printen op substraten kent vele applicaties, zoals semiconductors (back-end), PCB’s, displays,
zonnepanelen, OLED’s, high-power LED’s, electrical interconnects (via’s) en andere componenten.
Een bijzonder interessante mogelijke toepassing is het printen van elektronica (bijvoorbeeld chips,
accu’s en PCB’s) en de bijbehorende integrale behuizing in een zelfde procesgang. Bij het Holst
Centre komen de werelden van 3D-printen en het printen op substraten bij elkaar in
onderzoeksprogramma’s.
6.2 Marktontwikkelingen, applicaties en eisen
De markt voor grafisch printen (buiten de scope van deze roadmap) is zeer groot, circa $ 650
miljard. De markt voor het printen op substraten (binnen de scope van deze roadmap) is in
potentie erg groot. Tabel 2 geeft weer wat de huidige marktgrootte is van enkele
applicatiegebieden van het printen op substraten.
Tabel 2-Overzichtvandehuidigemarktgroottevoorapplicatiegebiedenvanprintenopsubstraten(Bron:Océ,2012).
Markt Huidige marktomvang ($ miljard)
Displays (plat) 120
Printed Circuit Boards (PCB’s) 50
Electronics 30
Zonnepanelen 15
Displays (paper-like) 1
Ter vergelijking: grafisch printen (buiten scope van Industrial Printing) 600
Het decoratief printen op keramiek of textiel maar ook het printen van features op verpakkingen
zijn mogelijke interessante applicaties. De focus ligt echter op het printen van electronics, PCB’s,
OLED’s, RFID-chips, zonnepanelen en displays. Het printen van bijvoorbeeld ‘conductive tracks’ is
53
54 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
op dit moment al mogelijk onder atmosferische condities of met een masker. Ook het direct
printen van metalen (gas of vloeibaar) op substraten is een mogelijkheid. Applicaties met PCB’s,
OLED’s en RFID-chips stellen hoge eisen aan de printnauwkeurigheid maar ook aan de
productiebetrouwbaarheid en processnelheid. Die eisen zijn op dit moment nog buiten bereik,
maar de realisatie ervan is binnen nu en vijf jaar wel te verwachten.
6.3 Technologieontwikkelingsrichtingen
De belangrijkste technologieontwikkelingen voor het printen op substraten zijn onderstaand
weergegeven. Deze zijn vermeld in de Roadmap Printing (2011) van de topsector HTSM. Sommige
onderwerpen hebben synergie met de oplossingsrichtingen van Paragraaf 4.7.
Complexe interactie tussen componenten en printsystemen
De complexe interactie tussen de kerncomponenten van printsystemen wordt nog niet volledig
begrepen. Fysische studies zijn noodzakelijk om deze interactie en het werkingsprincipe verder te
onderzoeken. Aspecten die een bepalende rol spelen zijn de werking van kleine druppels, hogere
jetting-frequentie, hogere nauwkeurigheid, aanpassing van druppelgrootte en -vorm, en het
drogen, fixeren en curen op het substraat. De bijkomende effecten van variatie in de viscositeit
en andere vloeistofparameters moeten in dit kader ook worden onderzocht.
Nieuwe printkoppen
Nieuwe printkoppen zijn nodig om kleinere druppels (van 10 naar 1 micrometer), met hogere
frequentie (van kHz naar MHz), geschikt te maken voor meer materialen, met meer nozzles en de
mogelijkheid om gelijktijdig te kunnen printen. Daarnaast zijn meer sensoren en intelligente
control-principes noodzakelijk om de betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en printsnelheid verder
te verbeteren.
Printkoppen en functionele materialen
Nieuwe printkoppen in combinatie met het gedrag van nieuwe functionele materialen kunnen
specificaties zoals nauwkeurigheid, snelheid (en daarmee kosten), betrouwbaarheid en de
hechtbaarheid aan het substraat verbeteren. Hierbij speelt de gehele procesweg, vanuit de
nozzle, door de lucht naar het substraat, een rol. Er is behoefte aan fundamenteel begrip van
depositie en drogen/fixeren van druppels en het gedrag van vloeistoffen op substraten, maar ook
aan kennis van toepassingen.
Betrouwbaarheid en sensors & control
Verdere ontwikkeling van intelligente sensoren en control-mechanismen op printkoppen, van de
bijbehorende kennis van materiaalinteractie, en van geïntegreerde systemen is nodig om de
nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het integrale proces te verbeteren.
Nieuwe machines
Daarnaast moeten er nieuwe machines worden ontwikkeld die nog sneller, nauwkeuriger,
betrouwbaarder en met minder energie kunnen printen. Dat vergt ontwikkelingen in embedded
systemen, mechatronica en sensors & control-systemen maar ook in de workflow-oplossingen.
Verdere ontwikkeling van een platformarchitectuur helpt de ontwikkeltijd voor een dergelijke
machinereeks te verkorten. Een nieuwe machine vereist zowel verbetering van bestaande
componenten (pick & place, mechatronica) als de ontwikkeling van speciale (print)modules. De
55Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
totale architectuur voor industrial printers moet in combinatie met nieuwe designtools worden
ontwikkeld, om te komen tot afstemming binnen de gehele ontwikkelketen.
6.4 Applicaties
Figuur 26 toont mogelijke applicaties voor printen op substraten.
Consumer electronics
Organic Photovoltaic
FlexibleDisplay
OLED Lighting
Electronics &Components
IntegratedSmart
Systems
Outdoor recreational application and remote
Off-grid buildings facade and BIPV
Rooftop grid connected
OE-A Roadmap for Organic and Printed Electronics Applications
Printed RF-tags, primary batteries, printed memories for games
RFID for brand protection, advanced memories, transparent conductors for touch sensors
RFID and memories for logistics and smart applications, integrated batteries
RFID for item level, memories for multimedia, integrad batteries and omponents
Simple physical and chemical sensors, textile photo-detectors, OPVs for battery charging
Sensor arrays, intelligent tickets, integrated displays, OPV in textiles
Complex smart packaging, fibre integrated sensors
Miniaturised diagnostics/lab-on-a-chip
Existing until 2010
Short term2011-2014
Medium term2015-2019
Long term2020+
General lighting technology
Flexible lighting elements
Decorative lighting (products)
Design lighting (prototype)
Flexible segmented displays integrated into smart cards, price labels
Rollable colour displays, OLED TV
Electronic wallpaper Rollable OLED TVs, telemedicine
Figuur 26 - Mogelijke applicaties voor printen op substraten (Bron: Organic and Printed Electronics Association).
5656 InnovatieZuid-Roadmap3D-Printen
Roadmap voor (Zuid-)Nederland7
57Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
7.1 Overzicht
De informatie in deze roadmap geeft een goed overzicht van de huidige stand van zaken op het
gebied van industrieel printen en van de verwachte (nabije) ontwikkelingen. Maar waar moet de
regio (Zuid-)Nederland nu op inzetten? Bij elke keus die men maakt is het noodzakelijk een
integrale aanpak zeker te stellen, met aandacht voor educatie, technologische ontwikkeling,
vraagontwikkeling, verdienmodel en samenwerking in de keten; zie Figuur 27.
Samenwerken in de keten
Educatie Technologische ontwikkeling
Verdienmodellen Vraagontwikkeling
Figuur 27 - Integrale aanpak van de kansen die industrieel printen voor (Zuid-)Nederland biedt.
7.2 Educatie
Industrial printing, en dan met name 3D-printen, vereist een fundamenteel andere aanpak van
het design- en productieproces. Waar bij traditionele fabricagetechnieken continu rekening moet
worden gehouden met de grenzen van de mogelijkheden, zijn de mogelijkheden bij 3D printen
juist onbegrensd. Om die snel te kunnen benutten, is het van belang dat scholieren en studenten
in een vroegtijdig stadium worden geënthousiasmeerd voor 3D-printing: eigen ontwerpen
printen, de eigen fantasie de vrije loop laten en deze tastbaar vormgeven. Programma’s die de
aanwezigheid en het gebruik van 3D-printers op (lagere en middelbare) scholen en universiteiten
stimuleren, zijn gewenst.
De aanwezigheid van voldoende financiële middelen voor de aanschaf dan wel het gebruik van
printers is een eerste voorwaarde voor het ontwikkelen van een sterk cluster in (Zuid-)Nederland.
Voorbeelden zoals ProtoSpace in Utrecht, waar de universiteit en hogeschool samenwerken met
een zogeheten FabLab, reduceren de drempel voor studenten om te gaan experimenteren. Dit
verdient brede navolging in (Zuid-)Nederland. Inmiddels is er een FabLab bij het Summa College
in Eindhoven opgericht, uitgerust met diverse 3D-printers en beschikbaar voor productie en
educatieve doeleinden.
Daarnaast is het beschikbaar stellen van vrije printcapaciteit aan scholen en universiteiten een
mes dat aan twee kanten snijdt. Immers, er staan op dit moment reeds veel verschillende
3D-printers bij bedrijven in (Zuid-)Nederland. Veel van deze printers worden niet 100% benut.
Wanneer een redelijke vergoeding af te spreken is voor het gebruik van deze overcapaciteit door
scholen en universiteiten, bespoedigt dit de educatieve ontwikkeling en vergroot het de
rentabiliteit van de investering door de bedrijven.
58 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
7.3 Technologische ontwikkeling
Industrial Printing staat aan het begin van een grote toekomst, maar behoeft nog de nodige
technologische ontwikkeling om tot volle wasdom te komen. Op het gebeid van materiaal-
ontwikkeling, procesontwikkeling en ontwerpen zijn doorbraken gewenst. Bij materialen is naast
ontwikkeling op het gebied van polymeren, metalen en keramiek, vooral interesse in de
ontwikkeling van hybride en biocompatibele materialen. Hybride materialen zijn voor zowel
consumentengoederen als industriële toepassingen gewenst. Biocompatibele materialen zullen
leiden tot doorbraken in de medische wereld.
Procesontwikkeling is met name gewenst op het gebied van grotere bouwoppervlakken,
post-processing, surface finishing en automatisering. Momenteel zijn 3D-geprinte onderdelen nog
relatief klein, en behoeven ze de nodige menselijke behandeling voordat ze gebruiks- of
verkoopgereed zijn. Om echt economisch rendabel te worden, zouden veel van die menselijke
activiteiten geautomatiseerd moeten kunnen worden.
Op het gebied van ontwerpen is met name de eenvoudigere omzetting van een design voor
traditionele fabricage naar een design voor 3D-printen, en de ontwikkeling van ‘Design for
3D-printing’, van belang.
Open innovatie en samenwerking versnelt de leercurve. Voorbeelden van
samenwerkingsverbanden zijn Penrose (www.tno.nl, zoekterm: Penrose) en AddLab, een
gezamenlijke AM-faciliteit van tien toeleveranciers, geïnitieerd door Brainport Industries en
Additive Industries (www.additiveindustries.com). De kansrijkste technologiebieden voor
samenwerking met TNO zijn hieronder weergegeven (zie Figuur 28). Aansluiten is voor
nieuwkomers nog steeds mogelijk.
EmbeddedElectronics
High TechParts & Spares
Roadmap & Facility
HumanRelated
Mechatronics (Assy)
Design
Pre-processing
Vat Polymerization
Powder Bed Fusion
Material Jetting
Post-processing & Analysis
Technology Program Common Ground Application Program
Figuur 28 - Overzicht van kansrijke technologiegebieden (Bron: TNO, Penrose shared research program).
59Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Nieuwe, vergelijkbare initiatieven zijn echter noodzakelijk om het technologische cluster in (Zuid-)
Nederland op het gewenste internationale niveau te brengen. De mogelijkheden die faciliterende
organisaties als BOM, LIOF, Syntens, Economische Impuls Zeeland en Brainport Industries, de
provincies en het rijk hebben, zouden nog scherper onder de aandacht van ondernemers en
onderzoekers moeten worden gebracht. Een extra impuls voor een continue en creatieve oproep
tot het gezamenlijk indienen van dicht bij de markt liggende initiatieven is gewenst.
7.4 Verdienmodellen
Wanneer 2,5- en 3D-primting technieken robuuster en sneller zijn dan nu het geval is, komen
alternatieve businessmodellen om de hoek kijken. Het ‘on demand, on location’ printen van
onderdelen of additionele features wordt dan mogelijk. Op voorraad houden van onderdelen
wordt overbodig. Samen met de mogelijkheden die online marktplaatsen bieden, opent dit de
weg naar duurzame, economisch rendabele inzet van 3D-printing in de B2B-sector.
Hybrid Wholesale (groothandel met mogelijkheden voor printing, lees productie), 3dPlaza en
3D Hubs zijn netwerkinitiatieven die op een alternatieve manier gebruik willen maken van de
bestaande infrastructuur. Samenwerking tussen service providers in (Zuid-)Nederland zou moeten
worden gestimuleerd om dergelijke initiatieven ook hier van de grond te krijgen en het gebruik van
3D-printing te bevorderen.
7.5 Vraagontwikkeling
Zoals hierboven aangegeven, is het van belang de mogelijkheden van 3D-printing breed uit te
meten om ervoor te zorgen dat er meerdere initiatieven in Zuid-Nederland ontstaan. Deze ‘druk van
onderen’ (bottom-up) is van belang om de samenwerking tussen grote en kleine ondernemingen
verder te intensiveren. Interessante applicatievelden liggen in de sectoren medisch en tand-
technisch, luchtvaart, automotive, defensie, consumentenproducten en high-tech machinebouw
(inclusief tooling). In Bijlage 5 is een overzicht gegeven van projecten die gedurende de
vervaardiging van deze roadmap naar voren zijn gekomen; daarbij is aangegeven welke partners
deze initiatieven tot een kansrijke propositie zouden kunnen uitwerken. Wanneer enige financiële
ondersteuning vanuit de regionaal beschikbare fondsen de start-up van deze initiatieven kan
bespoedigen, brengt dit de ontwikkeling van een internationaal vooraanstaand cluster van 3D- en
Industrial Printing zeker naderbij.
7.6 Samenwerking in de keten
In het voorgaande is meermaals stilgestaan bij de noodzaak van een gecoördineerde aanpak van de
initiatieven die nodig zijn om een vooraanstaande plaats te kunnen innemen in de wereld van
3D- en Industrial Printing. De introductie van 3D-printen op scholen en universiteiten, het
stimuleren en ondersteunen van technologische ontwikkelingen, het aanjagen van de vraag-
ontwikkeling en het bieden van een vruchtbare bodem voor nieuwe businessmodellen, ... het moet
tegelijkertijd worden aangepakt. Door open innovatie en actieve communicatie en informatie-
uitwisseling tussen de lopende en voorgenomen initiatieven kan ten volle de potentie worden benut
die (Zuid-)Nederland heeft om een internationale hotspot voor 3D- en Industrial Printing te worden.
60 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Het neemt niet weg dat de ecosystemen rondom ons eigen ecosysteem direct ingezet moeten
worden om snelle bloei te kunnen bewerkstelligen. België en Duitsland beschikken op
deelgebieden over een behoorlijke voorsprong. Deze ecosystemen zijn niet direct in te halen,
laat staan dat we er direct concurrerend mee kunnen zijn. In (Zuid-)Nederland moeten we onze
positie bepalen en sectoren kiezen waarin we onderscheidend en aanvullend kunnen zijn ten
opzichte van België en Duitsland. Dat betreft applicatie-ontwikkeling, productiecentra,
machinebouw (metalen, keramieken) en tooling en materiaalontwikkeling. Daarbij dienen we ons
ook open te stellen voor nauwere samenwerking met onze buurlanden; in de nieuwe Europese
programma’s zullen er zeker kansen liggen voor 3D-printconsortia.
7.7 Keuzes voor sectoren
Wanneer een geïntegreerd programma voor het ontwikkelen van een internationale hotspot voor
3D- en industrial printing wordt opgesteld, is het verstandig expliciet rekening te houden met de
markteisen. Het gaat erom dat ontwikkelingen ook daadwerkelijk doorstoten tot in de
gebruikersmarkt, en dat de spelers in deze markten van meet af aan bij de ontwikkeling worden
betrokken. Daarvoor is het van belang om aan te sluiten bij de behoeften die er in de specifieke
markten spelen.
Twee markten waarop veel kennis en kunde in de regio aanwezig is en waarin de marktacceptatie
van 3D-printen binnen vijf jaar verwacht wordt, zijn electronics & electronic devices en machine-
en apparatenbouw. Daarnaast is de medische en tandtechnische markt sterk vertegenwoordigd in
de regio. Marktacceptatie van 3D-geprinte producten wordt hier echter pas over een wat langere
termijn verwacht vanwege de langdurige toestemmingsprocedures die in deze wereld gelden.
Marktacceptatiebinnen vijf jaar
Marktacceptatieover tien jaar
Volgend Leidend
Toepasbaarheid Additive
Manufacturing
Concurrentiepositie
Geen ondersteuning Stimuleringsprogramma’s
Samenwerkingsfondsen Business development-acties
Automotive
Aerospace
Medical / Dental
Machine- en apparatenbouw
Consumenten-producten
Electronics & electronic devices
Figuur 29 - Concurrentiepositie van (Zuid-)Nederland.
61Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
Wat betreft automotive en aerospace is er in Nederland een sterke, goed georganiseerde
toeleverketen, maar is de regio Zuid-Nederland niet leidend. De eindfabrikanten bevinden zich
simpelweg niet in de regio. Datzelfde geldt voor consumentenproducten, waar momenteel de
marktacceptatie van 3D-printen het hoogste is. Dit blijven echter wel interessante markten, ook
voor de regio.
Om de impact en introductie van 3D-printing in de kansrijkste sectoren verder aan te jagen, zou
de creatieve industrie, samen met sterke eindgebruikers als Océ, ASML, Philips, FEI, Vanderlande,
VDL, Stork en NXP, kunnen bijdragen aan het ontwikkelen van 3D-toepassingen. Ook helpt het
als High Tech NL (vereniging met circa 140 bedrijven, waaronder veel OEM’ers) en Brainport
Industries (de technologische toeleverketen met tachtig aangesloten bedrijven) structureel
aandacht blijven besteden aan 3D-printing. Uiteraard moeten de designtools, materialen en
maakprocessen ‘hand in hand’ beschikbaar komen. Schematisch zijn de kansrijke gebieden
weergegeven in Figuur 29.
Een actieprogramma dat voor een langere periode (drie à vijf jaar) kruisbestuiving en creatieve
samenwerking in (Zuid-)Nederland bewerkstelligt, lijkt een noodzakelijke voorwaarde om een
internationale voorloperspositie zeker te stellen.
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen62
Projectteam
Berenschot ErikTeunissen
Berenschot OnnoPonfoort
Berenschot WouterdeWolf
Berenschot LindavandenHurk
MLBusinessDevelopment JeroenLangendam
Kernteam
BrabantseOntwikkelingsMaatschappij PieterMeuwissen
BrabantseOntwikkelingsMaatschappij MichelWeeda
BrainportIndustries JohnBlankendaal
IndustriebankLIOF CharlesMevis
EconomischeImpulsZeeland RutgervanderMale
Syntens PieterHovens
TNO MarkVaes
TNO FritsFeenstra
TNO BartvanderVorst
Externen
4Washing AlainKahn
AdditiveIndustries JonasWintermans
AdditiveIndustries DaanKersten
DSM(NBD) EdRousseau
FontysHogeschool JanBernards
FormatecCeramics MichieldeBruijcker
KMWE ArnoGramsma
NTS-Group JaapStulp
PhilipsInnovationServices BertWouters
RicohEurope HansSnoeks
RMCenter RenéGroothedde
Sirris BenjaminDenayer
TNO KristaPolle
TNO MarcVaes
TUDelft FredvanKeulen
TycoElectronics JeroenDuis
VDLEnablingTechnologiesGroupEindhoven PierrevandenHurk
VDLEnablingTechnologiesGroupEindhoven HarmNelissen
Wärtsilä AndréJanssen
Bijlage 1: Betrokkenen
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 63
Interviews
Océ-Technologies M.Slot
Mutracx H.J.Zwiers
NTS-Group E.Hezemans
NTS-Group J.Stulp
DSM(NBD) E.Rousseau
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen64
2D-printen Tweedimensionaalofwelgrafischprinten.
2,5D-printen 3D-printenopsubstraten,waarbijslechtseenenkelelaag/enkelelagen
vaneenmateriaalwordenaangebracht.
3D Driedimensionaal.
AM of AMT AdditiveManufacturing(Technology):generiekebenamingvoor
3D-printen.
AMF ActionMessageFormat,eenbestandstypedatbinairinformatieover-
brengt;bekendeAMF-typenzijnActionScriptenXML.
ASTM AmericanSocietyforTestingandMaterials:Amerikaansestandaardisa-
tieorganisatie.
BAM Bio-AdditiveManufacturing:hetlaagvoorlaagaanbrengenvanbiolo-
gischmateriaal(cellen).
B2B Business-to-Business:handelsverkeertussenondernemingen.
B2C Business-to-Consumer:handelsverkeertussenondernemersenconsu-
menten.
CAD Computer-AidedDrafting/Design:softwareomdigitaalteontwerpen/
producttekeningentemaken.
CAE Computer-AidedEngineering:integralesoftwareomondermeerte
tekenen(CAD),machinesaantesturen(CAM)enanalysesuittevoeren.
CAGR CompoundedAnnualGrowthRate:eentermvoordesamengestelde
jaarlijksegroei.
CAM Computer-AidedManufacturing:softwareomproductiemachineste
besturen.
CNC ComputerNumericalControl:geautomatiseerdverspanen(waaronder
frezen).
EBM ElectronBeamMelting:AM-technologiewaarbijeenelektronenbundel
invacuümgebruiktwordtom(metaal)poedertesmeltentoteenvaste
vorm.Metdezetechniekwordteengroteredichtheidbehaalddanmet
SLSofSLM.
FDA FoodandDrugAdministration:orgaanvandeAmerikaansefederale
overheiddatdekwaliteitenveiligheidvanvoedsel,toevoegingen
daaraanenmedicijnenbewaakt.OokbewaaktdeFDAdekwaliteiten
veiligheidvandebehandelingvanbloed,medischeproducten,toestel-
lenmetelektromagnetischestralingencosmetica.
FDM FusedDepositionModeling:AM-technologiewaarbijvastmateriaal
gesmoltenwordtenmeteennozzlelaagvoorlaageenobjectwordt
opgebouwd.
FEM FiniteElementMethod,ofweleindige-elementenmethode:eenreken-
methodewaarmeepartiëledifferentiaalvergelijkingenenintegraal-
vergelijkingenkunnenwordenopgelost.Dezemethodewordtonder
meergebruiktomsterkte-eigenschappenvanconstructiesincombinatie
metmaterialenteberekenen.
Bijlage 2: Begrippen en afkortingen
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 65
HTSM HighTechSystemenenMaterialen.
ISO InternationaleOrganisatievoorStandaardisatie.
LCA LifeCycleAnalysis:eenkwantificeringvandemilieu-impactoverde
gehelelevensduurvaneenproduct(vanproductietotrecycling).
LOM LaminatedObjectManufacturing:AM-technologiewaarbijvolume
ontstaatdoorlaagvoorlaaguittesnijdenenvervolgensopelkaarte
leggen.
OEM’er OriginalEquipmentManufacturer:bedrijfdatproductenlevertten
behoevevaneenmerkleverancier.
OLED OrganicLightEmittingDiode:eenlichtbronopbasisvaneenhalfgeleider.
PCB PrintedCircuitBoard(elektronica).
PMC Product-marktcombinatie.
Rapid Prototyping Algemenebenamingvoorhetsnelmaterialiserenvaneenobjectdoor
middelvanAMT.
RFID Radio-FrequencyIDentification:technologiewaarmeeopafstand
informatiekanwordenuitgelezenenopgeslagen.
SLA StereoLithographyApparatus:AM-technologiewaarbijeenvloeibaar
polymeeronderinvloedvaneenlaserlaagvoorlaagwordtuitgehard.
SLM SelectiveLaserMelting:AM-technologiewaarbijmetbehulpvaneen
laserlaagnalaag(metaal)poederwordtgesmoltentoteenvastproduct.
Bijdezetechniekwordtlasercusinggebruikt,waardoormetprecisie
wordtgesmoltenmethogereenergiën.Dedichtheidvanheteind-
productishogerdanbijSLS.
SLS SelectiveLaserSintering:AM-technologiewaarbijmetbehulpvaneen
laserlaagnalaag(metaal)poederwordtgesmoltentoteenvastproduct
(sinteren).
STL StandardTessellationLanguage.Ditiseenbestandstypedatspeciaal
ontworpenisvoordestereolithografie.
SWOT-analyse Analysevansterkten(Strengths),zwakten(Weaknesses),kansen
(Opportunities)enbedreigingen(Threats).
VDI VirtualDiskImage:bestandstypevanVirtualBox,eenvirtualisatie-
softwaretool.
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen66
Bijlage 3: Literatuur en bronnen
[1] TheEconomist,“Thethirdindustrialrevolution”,12april2012.
[2] Gartner,“GartnersKeyTrendstoWatchinGartner2012EmergingTechnologiesHype
Cycle”,2012.
[3] WohlersAssociates,“AdditivemanufacturingRoadmapforAustralia”,maart2011.
[4] AMPlatform,“AdditiveManufacturing”,StrategicResearchAgenda2013.
[5] Frost&Sullivan,“AdvancesinRapidManufacturing–TechnologyMarketPenetration
andRoadmapping”(TechnicalInsights),november2011.
[6] AdditiveManufacturing/RapidManufacturingPlatform,“TheExploitationofWorld
ClassAdditiveManufacturingbytheEU–AFutureVisionforAM”,StrategicResearch
Agenda,2011.
[7] WohlersReport2012,“AdditiveManufacturingand3DPrintingStateoftheIndustry”,
AnnualWorldwideProgressReport.
[8] RapidTech,“US-TurkeyWorkshoponRapidTechnologies,ABriefHistoryofAdditive
Manufacturingandthe2009RoadmapforAdditiveManufacturing:LookingBackand
LookingAhead”,2009.
[9] InstituteforDefenseAnalyses,“EmergingGlobalTrendsinAdvancedManufacturing”,
IDAPaperP-4603,Log:H11-001307.
[10] EuropeanCommission,“FactoriesofthefuturePPP”,Directorate-GeneralforResearch,
IndustrialTechnologies,UnitG2‘Newgenerationofproducts’,EUR24282EN,2010.
[11] PlatformonRapidManufacturing,“Visionon2020forrapidmanufacturing”,Vision
paper,2006.
[12] RoadmapforAdditiveManufacturingWorkshop,“Bio-AdditiveManufacturing”,
Keynotepresentation,NationalScienceFoundation,DrexelUniversity,30maart2009.
[13] DonaldLupoetal.,“OE-ARoadmapforOrganicandprintedElectronics”,2013.
[14] ABN-AMRO,“MetWeb-to-printworkflownaar‘echte’functionaliteit”,W2PWhite
paper,Visieopdeindustrie,sectorupdate2013,april2013.
[15] ABN-AMRO,“Hype,haarlemmerolieofhardewaardecreatie?Industriëleco-creatieen
3D-printing”,2012.
[16] Egbert-JanSolenArnoldStokking,“Detoekomstvandeindustrie”,november2012.
[17] RoadmapPrinting,“FromtheWorldofPrinttothePrintedWorld”,HTSMRoadmap,
december2011.
[18] TNO,“Penrose:SharedResearchProgramAdditiveManufacturing”,2013.
[19] PhilReeves,“AdditiveManufacturingand3Dprinting”,ChemicalIndustryDigest,
januari2013.
[20] PhilReeves,“Putting3DPrintingintoyourvaluestream:opportunitiesfornewbusiness
models”,Econolyst,oktober2012.
[21] Berenschot,“Kiezenendurven–RoadmapNieuweBusinesskansenModelmakerij”,
april2012.
[22] McKinseyGlobalInstitute,“Disruptivetechnologies:Advancesthatwilltransformlife,
business,andtheglobaleconomy”,(oneofthosetechnologiesis3Dprinting).
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 67
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen68
Bijlage 4: Materialen per proces
(Bron:�TNO)
Powder Bed Fusion Metals Chemical abbreviations Name
Laser based Stainless Steel X2CrNiMo17-12-3 316L, 17-4, 15-5
Maraging Steel X3NiCoMoTi 18-9-5
Cobalt Chrome CoCrMo ASTM F75
Titanium Ti6Al4V
Pure Titanium Ti Grade 2
Nickel Alloys NiCrFe Inconel 625, 718,
Hastelloy X
Aluminium AlSi10Mg
Gold Au
Electron
Beam based
Titanium Ti6Al4V Grade 5
Titanium Ti6Al4V ELI Grade 23
Titanium Ti Grade 2
Cobalt Chrome CoCr ASTM F75
Titanium Aluminide TiAl
Powder Bed Fusion Polymer FillerChemical
abbreviationsName
Laser based PolyAmide - PA12 PA 2200
Carbon Carbonmide
Glass PA 3200 GF
Aluminium Alumide
Flame Retardant PA 2210 FR
PolyAmide - PA11 PA1101
Polyetheramide-
Block-Copolymer
- TPE Primepart ST
(PEBA 2301) Au
PolyStyrene - PS PrimeCast 101
Polyaryletherketone /
Polyetheretherketone
- PAEK / PEEK EOS PEEK HP3
Thermal based
(sintermask)
Polypropylene - PP SinterPlast
Blueprinter PolyAmide - PA
PolyStyrene PS
EOS, 3DSystems, CRP Windform, Arkema, Exceltec and MicroFoil all have similar materials. Mainly based on Nylon PA12.
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 69
Powder Bed Fusion Sand Binder Name
Laser based Aluminium Silicate Sand Phenolic Resin coated Ceramics 5.2
Quartz Sand Phenolic Resin coated Quartz 4.2 / 5.7
Material Extrusion Polymer Chemical abbreviations
Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS
PolyCarbonate PC
Acrylonitrile Butadiene Styrene /
PolyCarbonate
ABS / PC Blend
Ultem PEI
Polyphenylsulfone PPSU / PPSF
Poly Lactic Acid PLA
PolyAmide PA
Vat Photo Polymerisation Material Filler
Acrylates Unfilled
Ceramic Filled
Wax Filled
Ceramics / Acrylate Blend Aluminium Oxide
Zirconia Oxide
Hydroxylapatite
Material Jetting Material Filler
Acrylates Unfilled
Wax -
Sheet Lamination Material Chemical composition Company involved
Paper Paper MCor
Polymer PVC Solido
Metal Aluminium FabriSonic
Stainless Steel
Copper
Titanium
Ceramics Alumina CamLem
Silicon Nitride
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen70
Directed Energy Deposition Process Materials Company involved
Laser Cladding Powder Based Fe-base, Co-base, Ni-base,
Al-base
Irepa
Fe-base, Co-base, Ni-Base,
Cermets, Ti-base
POM
316L, Inconel625, Ti-6Al-4V OptoMec / Lens
Wire Based Ti Norsk Titanium
Electron Beam Fe-base, Ni-Base Sciaky
Plasma Transferred Arc Deloro Stellite
Binder Jetting Material Chemical composition Company involved
Polymer PMMA VoxelJet
Metal Stainless Steel Digital Metals
316LL / Bronze ExOne
420SS / Bronze ExOne
Sand Casting Sand ExOne / VoxelJet
Miscellaneous Gipsum 3D Systems
Starch 3D Systems
Glass ExOne
Ceramics ExOne
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 71
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen72
Bijlage 5: Uitwerking van projecten
Workshop Applicaties & materialen
Naam project Manifolds (meerdere markten)
Onderwerp Complexe kanaaldelen met moeilijke functionaliteit in een kleine ruimte/volume.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Vinden van de juiste marktsegmenten, met name lage volumes (high-tech, aerospace).
• Kosten omlaag van machining, materiaal, post-processing.
• Performance-eisen niet altijd behaald/onbekend; langetermijn-reliability, nauwkeurigheid.
• Design for 3D nog beperkt ontwikkeld bij huidige ontwerpers; daardoor worden mogelijk-
heden nog niet benut.
Mogelijke partners
• Additive Industries
• Grote (high-tech) bedrijven (applicatie)
• Opleidingen van huidige en toekomstige ontwerpers bij opleidingsinstituten en kenniscentra
Naam project Hybride devices, 3D-proces + assembly-processen (meerdere markten)
Onderwerp Plaatsen van componenten tijdens 3D-printproces.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Additioneel component moet geschikt zijn om in printproces meegenomen te worden
(temperatuur).
• Interessante mogelijke applicaties: (system-on-a-)chip, batterijloze devices, dure IC’s.
• Pick & place van componenten, zeer nauwkeurig en bij voorkeur in-line.
Mogelijke partners
•IC design company
• IC manufacturer
• Industrial printing company (OEM’er)
• Packaging machinebouwer
• TNO
Naam project Integratie functies in één component (meerdere markten)
Onderwerp Functionele componenten printen (hybride) om meerdere functies te integreren.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Mogelijke applicaties: system-on-a-chip (low power en low cost), LED-package, LED + lens
printen, LED-interface printen en separate lens monteren (hybride).
•Issues printen van de lens: oplossend vermogen van de printer en transparantie van materiaal,
thermische stabiliteit van het lensmateriaal.
Mogelijke partners
• Materiaalleveranciers (DSM)
• Industrial printerfabrikant
• Philips Research
•TNO
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 73
Naam project High-tech componenten (lichtgewicht, nauwkeurig, temperatuurbestendig)
Onderwerp 3D-printen van high-tech componenten.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Real-life case uit high-tech toeleverketen: op basis van metaal of keramiek.
• Werken aan materiaalkennis, materiaaleigenschappen voorspellen (na processing):
spanningen, beschadigingen, microstructuren.
• Werken aan machine: afmetingen, snelheid, nauwkeurigheid, oppervlaktestructuur,
kosten omlaag van post-processing door interne nabewerking.
•Werken aan design: multidisciplinair, maakbaarheid, effect op materiaaleigenschappen
van processing, 3D vrije vorm; daarnaast aan ontwerpregels, gereedschappen (optimalisatie
topologie), computational engineering.
Mogelijke partners
• TU Delft: computational engineering
• ASML/FEI: als eindgebruiker
• Brainport Industries toeleveranciers: design, (pre- en post-)processing (KMWE, NTS, Frencken)
• TU/e, RuG: materiaalkennis
• Materiaalleveranciers
• Additive Industries: OEM’er van geïntegreerde Additive Manufacturing productielijnen
Naam project Smart packaging (food/medisch, en andere toepassingsgebieden)
Onderwerp Printen van slimme onderdelen op een substraat of totale verpakking.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Nieuwe toepassingen: unieke partnumbering identification, ontwikkelen van sensoriek die je
kan printen.
•Issues: geschikte materialen, integratie in het productieproces van ‘smart’ functie en low cost,
standaarden ontwikkelen.
Mogelijke partners
• Preferred suppliers: retailers, Unilever, McDonald’s, farmabedrijven
• OEM’ers, machinebouwers
• Materiaalleveranciers
• Elektronica-ontwikkelbedrijf
•Onderzoeksinstelling
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen74
Naam project Dental (bruggen, kronen, gebitsprotheses)
Onderwerp -
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Materialen: polymeren, biocompatibiliteit nog niet voldoende (niet meer dan 24 uur in de mond).
• Metalen (Co, Cr) wel voorhanden en geïntroduceerd; keramiekoplossing alleen beschikbaar voor
onderstructuren, niet voor esthetische delen (kronen bijvoorbeeld).
• Voor esthetische delen eigenlijk multimaterial nodig (tanden zijn niet egaal van kleur), hier is nog
geen goede oplossing voor; geen goed multimaterial proces beschikbaar.
• Voor keramiek esthetisch geen goed proces beschikbaar (zirconia nog niet voldoende
ontwikkeld).
• Intra-oraal scanning nog lang niet volledig geïntroduceerd in de industrie. Pas als je ook het
scannen gebruikt kun je de AM-techniek optimaal inzetten.
• Voor printen van volledig kunstgebit is additionele software nodig, anders moet je nog steeds
veel handwerk doen (uitlijnen van bovenkaak op onderkaak kan niet in software tot op heden).
• Businessmodel barrières: grote spelers verdienen nog veel geld aan freesblokjes, geen harde
noodzaak. Onzekerheid hoe de tandtechniek van de toekomst eruit zal zien (lokale productie
versus centrale productie, tandarts en lab geïntegreerd).
• Businessmodel barrières: investeringsniveau van tandtechnische labs is laag; waar ligt de exacte
benefit voor de eindklant (= patiënt) en welke oplossing heb je dus nodig (bijv. dichtbij huis
produceren, versus langere doorlooptijd)?
• Doorbraakprojecten: op regionaal/nationaal niveau een samenwerking krijgen over de keten om
het integraal aan te pakken. Het uitwerken van realistische businesscases/modellen moet hier
een onderdeel van zijn.
• Doorbraken: multi-materiaal-printen (cross-industrie, niet alleen dentaal), keramiekproces
(cross-industrie met technische toepassing), biocompatibiliteit van polymeren (samen met
andere medische tak, of aanpassen van bestaande tandheelkundige materialen).
Mogelijke partners
• ACTA
• Enkele grotere labs
• TNO
• Materialenbedrijf (uit de tandheelkunde, biocompatibel)
• Softwarebedrijf
• Machinebouwer met netwerk in die industrie
Workshop Design, processen & materialen
Naam project Software en topologie
Onderwerp Brug slaan tussen ontwikkelen van software en de eindgebruiker.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Hoe zorgen we ervoor dat de simulatiesoftware goed gekalibreerd is voor een gegeven
machine? Oplossing: toegankelijkheid tot kennis en kunde van equipmentleveranciers.
• Beschikbaarheid van testfaciliteiten (3D-printcapaciteit) bij partners.
• Eindgebruikers benutten om input te ontvangen ten aanzien van de eisen aan een compo-
nent.
Mogelijke partners
• Software-ontwikkelbedrijf
• 3D-printen service supplier
• Eindgebruikers
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen 75
Naam project Design rules
Onderwerp Ontwikkelen van design rules voor 3D-printen.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Clusteren naar technologie-materiaalcombinaties.
• Samenwerken in de keten: ontwerpers, producenten en eindgebruikers.
• Open source/internet, ervaringsdeskundigen, designopleidingen, bedrijfsbezoeken, voorbeeld-
cases en prijsvraag.
Mogelijke partners
• Ontwerpers in de industrie
• Ontwerpbureaus
• CAD-ontwikkelaars, 3D-printserviceproviders
• 3D-scanning leveranciers/gebruikers
•Web community en organisator
Naam project Totale proces-optimalisatie (inclusief materiaal & machine)
Onderwerp Verdiepende analyse wat precies verbeterd moet worden qua design, materiaal en
proces (hele keten) rond (enkele) applicaties.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
•Selectie van specifieke applicatie + specifieke AM-technologie.
• Analyseren van de belangrijkste factoren (design/materiaal/proces) en verbeteroplossingen
definiëren.
• Bouwen businesscase: kosten versus opbrengst ten opzichte van bestaande materiaal-
technologiecombinatie.
Mogelijke partners
• Materiaalleverancier
• Softwareleverancier
• Designbureau
• Servicebureau
•Applicatie/end-user
• Onderwijsinstituut
•TNO
Naam project AM & connectivity
Onderwerp Hybride product: AM-proces waarin je de toevoeging van de chip kan integreren.
Barrières (eisen die niet worden gehaald) / onderwerpen om aan te werken
• Noodzaak dat een IC de juiste vormgeving heeft voor integratie.
• Temperatuur kritisch!
• System-on-Chip design, geen externe componenten, low power, low cost,
geen batterij.
Mogelijke partners
•Holst Centre (TNO/Imec)
• 3D-machinebouwer, materiaalleverancier, packaging & assembly-partijen
•Vervolg: Fontys, print equipment manufacturer, electrical circuitry printer
Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen76
(Bron:�TNO)
• Additive Manufacturing Platform Europe
• Canadian Association of Rapid Prototyping; Tooling and Manufacturing
• Chinese Rapid Forming Technology Committee
• Danish Rapid Prototyping Association
• Egyptian Association of Additive Manufacturing
• Finnish Rapid Prototyping Association
• French Rapid Prototyping Association
• Germany’s NC Society
• Hong Kong Society for Rapid Prototyping, Tooling and Manufacturing
• Rapid Prototyping Society of India
• Italian Rapid Prototyping Association
• Japan Association of Rapid Prototyping
• Korean Society of Rapid Prototyping and Manufacturing
• Association for RP Companies in The Netherlands
• Portuguese Rapid Prototyping Association
• RAPIMAN Network of Slovenia
• Rapid Product Development Association of South Africa
• Spanish Association for Rapid Manufacturing
• Swedish Industrial Network on FFF
• Swiss RaPid Forum
• UK’s Rapid Prototyping and Manufacturing Association
• USA’s Rapid Technologies & Additive Manufacturing Community of the Society of
Manufacturing Engineers
Bijlage 6: Bestaande platformen
80 Innovatie Zuid - Roadmap 3D-Printen
www.innovatiezuid.nl
3D-Printen
Hightech systemen & materialen
Dit is een uitgave van het projectteam van Innovatie Zuid.
Dit project wordt mede mogelijk gemaakt met financiële steun uit het
Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling in het kader van OP-Zuid.